CZ20208U1 - Monitorovací zařízení pro poruchy na kolejnicích - Google Patents

Description

Monitorovací zařízení pro poruchy na kolejnicích Oblast techniky

Technické řešení se týká monitorovacího zařízení na principu přenosu mechanické energie pro detekci poruch kolejnic.

Dosavadní stav techniky

Kolejové dráhy jsou vystaveny při běžném používání mechanickému i tepelnému namáhání. Vyskytují se i ataky ze strany kriminálních živlů, kteří z různých pohnutek kolejovou dráhu či její součásti rozebírají. Provozní mechanické či tepelné zatížení kolejnic i úmyslné poškození kolejové dráhy mají často vliv na ohrožení bezpečnosti provozu na dráze.

ίο V dřívější době byla kolejová dráha kontrolována pochůzkári téměř každodenně, dnes se provádějí kontroly v delších časových intervalech. Zvyšující se rychlosti na drahách ve spojení s možným porušením jízdní dráhy mohou vést k fatálním důsledkům na cestující, pracovníky drah i ostatní dotčené osoby.

Při lomu kolejnice, jejím řezání či rozebírání je emitována mechanická energie do kolejnice, která se kolejnicemi, jež tvoří např. bezstykovou kolej, šíří jako vlnovodem. Obdobně jiné vady kolejové dráhy, např. povolená upevňovadla, při pojezdu kolejového vozidla způsobují akustickou emisi.

Akustická emise vzniklá při náhlé události, jako je lom či řez, a akustická emise zejména ve spojení s nelineární akustickou spektroskopií v případě postupně se rozvíjejících závad, např.

povolení upevňovadel, jsou s to ve spojení s vhodným zařízením zabránit vysokým škodám na životech, zdraví i majetku.

Ze spisu DE 199 54 760 je znám způsob a zařízení k monitorování kolejnic, kdy se zachycují charakteristické veličiny šíření akustických signálů u kolejnice při jejich doteku s kolem vozu na vícero místech snímači a toto se vyhodnocuje na měřicí stanici. Tyto snímače zvuku jsou uspo25 řádány na stojině kolejnice. Pokud je kolejnice naprasklá či jinak porušena, projíždějící kolo vytvoří a do oblasti kolem kolejnice vychází necharakterístický zvuk a ten je porovnán s charakteristickými zvuky v paměti vyhodnocovací jednotky. Pomocí známého umístění snímače pak lze lokalizovat místo, kde by měla být kolejnice porušena a toto místo zkontrolovat. Tato metoda je však založena na spolupůsobení kola a pro monitorování samotné kolejnice není využitelná.

Ze spisu DE 198 58 937 je znám podobný způsob a zařízení k monitorování provozu na kolejnicích, kdy se zachycují opakující se poruchy v systému kolo-kolejnice a analyzují se. Tato metoda je opět založena na spolupůsobení kola a pro monitorování samotné kolejnice není využitelná.

Ze spisu EP 1000833 je známo uspořádání k detekci rozřízlé kolejnice tak, že pod hlavou je uspořádáno optické vlákno a když by došlo k přerušení koleje, tak se přetne i vlákno a to je indi35 kováno do sběrného stanoviště. Taková instalace optických vláken po dlouhých úsecích kolejnic je však drahá.

Podstata technického řešeni

Cílem tohoto technického řešení je představit diagnostické zařízení, které zaznamená možné porušení kolejové dráhy sejmutím signálu akustické emise vyvolané uvolněním mechanické energie v kolejnici, která je vyvolána lomem kolejnice, vybočením, rozebíráním či řezáním kolejové dráhy nebo úmyslným Či samovolným postupným uvolňováním upevňovadel a jiných částí železničního svršku.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry monitorovací zařízení pro poruchy na kolejnicích podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že na kolejnice jsou umístěny snímače, ke kterým jsou přiřazeny předzesilovače co nejblíže snímačům, přičemž za

-1 CZ 20208 Ul předzesilovači jsou řazeny zesilovače, které jsou napojeny do sběrnice, která je součástí počítače. Diagnostická metoda je založená na principu akustické emise a zařízení pro detekci a vyhodnocení náhlých i postupně se rozvíjejících poruch na principu akustické emise, přičemž u postupně se rozvíjejících poruch s využitím nelineární akustické spektroskopie. Ke vzniku akustic5 ké emise není nutná interakce kolejnice s kolem, neboť akustická emise vzniká uvolněním mechanické energie uvnitř kolejnice.

Ve výhodném provedení je umístění snímačů až po zesilovače kombinováno s umístěním oddílového návěstidla autobloku. Takto lze výhodně kombinovat nový systém s již vybudovaným systémem a využít instalací.

Přehled obrázků na výkrese

Technické řešení bude dále přiblíženo pomocí výkresu, na kterém obr. 1 představuje grafické vyjádření akustické emise při náhlé události, tedy lomu kolejnice, obr. 2 představuje grafické znázornění, jak se projevuje postupně se rozvíjející porucha ve frekvenčním spektru, obr. 3 znázorňuje schéma monitorovacího zařízení podle tohoto technického řešení a obr. 4 představuje způsob umístění snímačů na trati.

Příklady provedení technického řešení

Náhlá událost, tzn. lom kolejnice, řezání kolejnice, rozebírání a vybočení kolejové dráhy, se projeví akustickou emisí, jejíž grafický záznam může být vyjádřen obdobně jako na obr. 1. Dochází-li k postupně se rozvíjející poruše, projeví se změny ve frekvenčním spektru, např. podle obr. 2.

Schéma zařízení pro monitorování náhlých a postupně se rozvíjejících poruch je zobrazeno na obr. 3. Je zřejmé, že zařízení obsahuje snímače Sj, Sj, Sj, S4 až umístěné po délce sledovaného úseku, který může být dlouhý i několik desítek kilometrů. K nim jsou přiřazeny předzesilovače PZi, PZ₂. Zapojení celé měřicí sestavy pro snímače Sj a Sj je zřejmé z obr. 3 s tím, že předzesilovače PZ; a PZ₂ musí být co nejblíže snímačům S] a 83. Za předzesilovači PZ_b PZ> jsou řazeny zesilovače Zj a Z3, které jsou napojeny do sběrnice NI, která je součástí počítače PC.

Na obr. 4 je zobrazeno umístění monitorovacího zařízení na trati. Snímače S|, S^ S^p-i s lichými čísly jsou vždy na pravém kolejnicovém pásu a snímače & S4, Stj se sudými čísly na levém kolejnicovém pásu. Umístění snímačů S;, S3, S^, S4, S?_n.i, S^ až po zesilovače Zj a Z3 je vhodné kombinovat s umístěním oddílového návěstidla autobloku.

Autoblok je zařízení zabezpečující provoz vlaků jedoucích za sebou, kde jsou propojeny za sebou následující návěstidla ve vzdálenosti zpravidla 1000 m. Trať je oddílovými návěstidly autobloku rozdělena do oddílů. Nachází-li se v daném oddílu vlak, na oddílovém návěstidlu na začátku tohoto oddílu je návěst stůj, Červené světlo, a na návěstidle předchozího oddílu návěst vý35 straha, žluté světlo. Lokalizace návěstidel systému autobloku se dá dobře využít i pro paralelní provoz zařízení podle tohoto technického řešení, tedy k umístění prvků monitorovacího zařízení.

Monitorovací systém může být buď zapnut pro kontinuální monitoring nebo je v pohotovostním stavu a spíná se, jestliže síla signálu akustické emise přesáhne práh detekce podle obr. 1, a vypne se po snížení úrovně signálu akustické emise pod nastavenou mez. Sejmutý signál se zpracuje

Fourierovou transformací na frekvenční spektrum podle obr. 2. Zjištěné frekvenční spektrum se porovná s databází charakteristických spekter obsažených v řídicím počítači PC a tím se určí typ vady.

Řada typů poruch, zejména těch postupně se vyvíjejících, se projevuje při různých zatíženích kolejovými vozidly odlišnými frekvenčními spektry. Z tohoto důvodu je pro kompletní monito45 ring třeba použít vyhodnocovací software, který využívá principů nelineární akustické spektroskopie.

-2CZ 20208 Ul

Akustická událost vzniknuvší mezi dvěma následujícími lichými, resp. sudými snímači, je obvykle detekována oběma snímači S|, Sy, Sy, S₄, S^, S^. Z času, ve kterém signál charakterizující akustickou událost dorazí ke každému z obou snímačů Sj, §2, Sy, S₄, S^, S^, lze při znalosti vzdálenosti snímačů S|, §2, Sy, S₄, S^, spočítat místo poruchy a tím ji lokalizovat.

Claims (2)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Monitorovací zařízení pro poruchy na kolejnicích, vyznačující se tím, že na kolejnice (K) jsou umístěny snímače (S_b S₂, S₃, S₄ až S_2n._b S_2n), ke kterým jsou přiřazeny předzesilovače (PZ], PZ₂) co nejblíže snímačům (Sj, S₂, S₃, S₄ až S_2n._b S_2n), přičemž za předzesilovači

   10 (PZi, PZ₂) jsou řazeny zesilovače (Z_t, Z₂), které jsou napojeny do sběrnice (NI), která je součástí počítače (PC).
2. 2. Monitorovací zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že umístění snímačů (S|, S₂, S₃, S₄ až S_2n_i, S_2n) až po zesilovače (Z,, Z₂) je kombinováno s umístěním oddílového návěstidla autobloku.