Устройство для определения положения колесных пар подвижного состава относительно прямолинейного рельсового пути

Предлагаемая полезная модель относится к автоматизированным системам контроля ходовых частей вагонов подвижного состава железнодорожного транспорта, в частности для контроля перекоса и смещения колесной пары на прямолинейном участке рельсового пути в тележках подвижного состава в процессе движения поезда. В настоящее время известно большое число устройств, реализующих контроль технического состояния колесных пар вагонных тележек подвижного состава.
Известны способы и устройства на основе оптических измерительных систем, например, патент РФ №2428341, МПК B61K 9/12, опубликован 10.09.2011 г. Бюл. №25, «Система комплексного диагностического контроля ходовых частей поездов», в котором на путях установлены узловые посты комплексного диагностического контроля ходовых частей поезда на основе акустических и лазерных датчиков. Каждый пост содержит системы ранней диагностики буксовых подшипников, измерения дефектов геометрии, профиля, параметров износа колес, но лазерные технологии не способны работать в условиях высокого снежного покрова, гололеда, запыленности или тумана. Такие системы очень сложны в эксплуатации и требуют больших затрат на установку и техническое обслуживание.
Наиболее близким к предложенному решению является устройство контроля ходовых частей вагонов на ходу поезда (патент на полезную модель РФ №2323844, МПК B61K 9/00, опубликован 10.05.2008 г. Бюл. №13, «Устройство для определения угла перекоса колесных пар тележек грузовых вагонов» - прототип), которое содержит три индуктивных датчика (Д1, Д2, Д3), закрепленных при помощи кронштейна за подошву рельса, и может сохранять работоспособность в любых погодных условиях. При прохождении гребня колеса над корпусом датчика изменяется значение взаимоиндукции катушек, что фиксируется электронной схемой, к которой подключаются датчики. Микроконтроллер устройства определяет и сохраняет в оперативной памяти значение угла перекоса для каждой колесной пары, прошедшей над датчиками. По сигналам датчиков микроконтроллер определяет расстояние между соседними колесными парами. По специальному алгоритму на основе известных расстояний между соседними колесными парами выполняется распознавание типов подвижных единиц в составе. На станционное устройство индикации по линии связи передаются порядковые номера вагонов в поезде и номера колесных пар в вагоне, для которых зафиксировано превышение порогового значения угла перекоса колесной пары.
Недостатком известного решения является невозможность контроля смещения колесных пар вагонов подвижного состава относительно головки рельса, так как перекос колесных пар - это уже крайняя (критическая) стадия процесса развития износа деталей вагонной тележки, что не позволяет прогнозировать и тем более предупреждать их неисправности. Этот недостаток не позволяет обеспечить существенное повышение безопасности движения.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы и повышения точности идентификации технического состояния вагонных тележек в составе движущегося поезда. Устройство позволяет прогнозировать возможные неисправности тележек подвижного состава, то есть заранее формирует информацию о необходимости ремонта или изъятия из эксплуатации вагонных тележек для повышения безопасности движения на железнодорожном транспорте.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчики Д1 и Д2 для определения угла перекоса колесных пар тележек грузовых вагонов, добавлено два аналогичных датчика (Д4, Д5) рядом с первыми двумя датчиками, каждый из которых установлен с определенным смещением в направлении к центральной оси прямолинейного рельсового пути относительно положения первой пары датчиков. Установленные таким образом дополнительные датчики позволяют контролировать не только перекос, но еще толщину и смещение гребней колесной пары относительно рельсового пути. Величина смещения и толщина гребня вычисляются по соотношению амплитуд сигналов на выходах рядом расположенных датчиков.
Заявляемая полезная модель поясняется на фиг. 1, где приведена схема устройства для определения положения колесной пары в тележках подвижного состава на прямолинейном участке рельсового пути.
Заявляемое устройство содержит:
1
2
- напольное оборудование, в составе которого имеются датчики Д1-Д5, которые закреплены кронштейнами на рельсах, датчик Д3 расположен на определенном расстоянии L от остальных со стороны подхода поезда, а Д1, Д2 и Д4, Д5 - датчики сигналов прохода над ними колесных пар, расположены рядом попарно в плоскости перпендикулярной оси прямолинейного рельсового пути, причем величина смещения между этими датчиками ΔL=(L-L)/2. Для вычисления результатов используют как амплитуды, так и фазы сигналов;
- блок обработки сигналов (БОС) с каналом связи предназначен для вычисления значений перекоса, толщины и смещения гребней колесных пар, подсчета числа осей, распознавания типов и количества подвижных единиц в составе и передачи этой информации в центр сбора данных.
2
5
п
0
Упрощенная схема, поясняющая принцип формирования сигналов переменного тока ~u и ~u на выходах датчиков Д2 и Д5, расположенных со смещением ΔL относительно друг друга, показана на фиг. 2, где 1 - гребень колеса, 2 - головка рельса, 3 - индуктивный датчик Д5, 4 - индуктивный датчик Д2, ~u - переменное напряжение питания индуктивных датчиков, h - толщина гребня,  - смещение гребня относительно линии симметрии датчиков, находящейся на расстоянии L от головки рельса.
Устройство для определения положения колесных пар подвижного состава относительно прямолинейного рельсового пути работает следующим образом.
2
2
5
5
2
5
Датчик Д3 расположен на расстоянии L от первой пары датчиков (Д1, Д2) со стороны подхода поезда, на основе импульсных сигналов которых вычисляются скорость движения и значения перекоса осей колесных пар, номер колесной пары и межосевые расстояния, идентифицируется тип и номер подвижной единицы в составе поезда. Вторая пара датчиков (Д4 и Д5) расположена рядом с первой парой с определенным смещением ΔL, как показано на фиг. 2, поэтому они формируют импульсные сигналы, отличающиеся от сигналов первой пары датчиков при прохождении над ними гребней колесных пар  и . Учитывая, что толщина гребня , то h=u/k+u/k, а смещение гребня относительно линии симметрии датчиков , то есть  и  С учетом знака разности . Таким образом, ширина гребня зависит от суммы сигналов u и u, а смещение - от их разности. Блок обработки сигналов (БОС) осуществляет прием сигналов от всех датчиков, на основе цифровой обработки амплитуд и фаз которых осуществляется расширение функциональных возможностей устройства, то есть дополнительные вычисления значений толщины гребня и смещения колесной пары относительно прямолинейного рельсового пути для повышения точности идентификации и прогнозирования технического состояния тележки.