УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕРХНЕГО СТРОЕНИЯ ПУТИ

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно к измерению параметров верхнего строения пути.
Известна лазерная система измерения ширины колеи ЛШК-М, выпускаемая с 1999 года промышленно-инновационной компанией «Прогресс».
Основным элементом этой системы являются датчики ширины колеи (ШК). В состав известной системы входят два датчика ШК. Датчик ШК состоит из осветителя и приемника.
Лазерная система включает в себя два датчика ШК и тракт обработки сигнала.
Принцип работы датчика заключается в формировании горизонтальной полосы света перпендикулярной внутренней боковой поверхности головки рельса ниже уровня катания рельса на 15мм. Каждому положению рельса относительно датчика соответствует свой элемент многоэлементного фотоприемника ПЗС-линейки (ПЗС - Прибор с Зарядовой Связью). Измеряется расстояние от датчика ШК до внутренней боковой поверхности рельса. Зная базовое расстояние между датчиками ШК, которые закрепляются на балке тележки, вычисляется расстояние между внутренними боковыми поверхностями рельса. Это расстояние и является измеренной шириной колеи.
Описанная выше система измеряет лишь один параметр верхнего строения пути - ширину колеи. Многие другие параметры, такие как профиль головки рельса, вертикальный износ, подуклонка и другие измеряются вручную.
Лазерная система измерения ширины колеи ЛШК-М, выпускаемая с 1999 года промышленно-инновацйонной компанией «Прогресс» принята за прототип.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение безопасности движения железнодорожного транспорта за счет обеспечения контроля состояния параметров верхнего строения пути.
Для достижения этого технического результата, в устройстве для измерения параметров верхнего строения пути, содержащем лазер, объектив, считывающий элемент, объектив имеет не менее двух цилиндрических линз: первая по ходу луча рассеивающая, вторая фокусирующая, при этом их фокусные расстояния равны, а считывающий элемент оборудован ПЗС-матрицей соединенной с двухмерной маской.
Отличительными признаками предлагаемой полезной модели от прототипа является наличие объектива снабженного цилиндрическими линзами, считывающего элемента оборудованного ПЗС-матрицей соединенной с двухмерной маской расположенными над рельсами.
Благодаря наличию этих признаков возможно измерение и определение следующих параметров верхнего строения пути: ширины колеи, профиля головки рельса, бокового износа, вертикального износа, волнообразного износа, марки рельса (например Р75), высоты ступеньки стыковых зазоров, ширины ступеньки стыковых зазоров, подуклонки, некоторых дефектов рельсов, типа и состояния стыковых рельсовых скреплений, типа и состояния промежуточных рельсовых скреплений, количества и расположения противоугонов, плотности укладки шпал.
Предлагаемое устройство иллюстрируется схемой.
На рисунке показан общий вид устройства для измерения параметров верхнего строения пути и его взаимосвязь с элементами верхнего строения пути.
Заявленное устройство состоит из корпуса 1, лазера 2, объектива 3, ПЗС-матрицы 4 с маской 5, (луч лазера 6, рельс 7, отраженный рисунок на рельсе 8).
На рисунке условно корпус показан прозрачным, на виде сверху ПЗС-матрица и маска показаны прозрачными, на виде спереди ПЗС-матрица и маска не показаны.
Устройства закреплены на балке тележки над левым и правым рельсами, так чтобы при виде сбоку луч падал на рельс под углом α (например 30 градусов). При уменьшении угла увеличивается точность измерения ряда параметров, но увеличиваются габариты.
Устройство работает следующим образом. Луч 6 лазера 2 проходя через объектив 3 где расщепляется образуя плоский луч, освещает рельс 7. Плоский луч обеспечивает хорошую видимость боковых поверхностей головки рельса, и меньшая часть подошвы рельса затеняется головкой рельса. На рельсе при виде сверху отображается рисунок 8 соответствующий измеряемым параметрам. Над рельсом находится считывающий элемент состоящий из ПЗС-матрицы 4 и маски 5.
Измерения осуществляются таким образом - луч 6 образует на рельсе три линии 8: две на подошве и одну на головке рельса. Чем ниже от ПЗС-матрицы находится поверхность, тем дальше (на ПЗС-матрице от точки установки объектива) отодвигается отражение. Расстояние от измеряемой поверхности до ПЗС-матрицы вычисляется по формуле:
А=В * tg α
Где: А - растояние от измеряемой поверхности до ПЗС-матрици. В - расстояние от объектива до отражения на ПЗС-матрице. α - угол между плоскостью луча и плоскостью ПЗС-матрици.
Ширина колеи измеряется на 13мм ниже поверхности катания. Программно вычисляется точка на линии отражения находящаяся на 13 мм ниже поверхности катания.
Расстояние от верхней поверхности подошвы до поверхности катания, ширина головки и ширина подошвы для разных марок рельсов известно. При измерении этих величин можно определить вертикальный износ и марку рельса.
Угол между верхними поверхностями и основанием подошвы рельса известен и в процессе эксплуатации не изменяется. При измерении получаем
угол левой и правой половин верхней поверхности подошвы, по ним вычисляем угол между основанием подошвы - что и есть подуклонка.
Обнаруживаются все дефекты на поверхности катания рельса и на подошве которые видны сверху и изменяют расстояние между ПЗС-матрицей и точкой измерения. К обнаруживаемым дефектам относятся отслоения, выкрашивание, поверхностные трещины, вертикальное расслоение, смятие, выколы и изломы головки и подошвы рельса, а также поперечные изломы, изгибы и нарушения прямолинейности рельсов.
Определение типа и состояния стыковых рельсовых скреплений - при измерении получаем вид стыковых скреплений сверху благодаря чему определяем тип скрепления. Зная размеры скреплений можно сказать как плотно они прилегают к шейке рельса. Также видно сколько болтов установлено.
Определение типа и состояния промежуточных рельсовых скреплений, а также количества и расположения противоугонов. Принцип измерения как при определение типа и состояния стыковых рельсовых скреплений, только отражение смотрим ближе к подошве.
О плотности укладки шпал можно судить по плотности установки промежуточных рельсовых скреплений.
При создании датчика необходимо выбрать длину волны лазера с учетом окон прозрачности веществ загрезняющих рельс, и подобрать ПЗС-матрицу имеющую максимум чувствительности на этой