CZ270799A3 - Zařízení pro automatické vyhodnocování stavu odvalovacího pásu na kolech jedoucího vlaku - Google Patents

Abstract

Zařízení pro automatické vyhodnocovánístavu odvalovacího pásu na kolech /9/jedoucíchvlaků obsahuje kolejnicový nosník/1/ pro každý kolejový úsek/8/ a vodicí kolejnici pro zajištění vedení kola/9/, snímače/Pl, P2, P3, ΡΨ upravené pro přivádění do kontaktu s koly/9/ pojíždějícími nad nimi, držáky snímačů upevněné ke kolgnicovémt nosníku pro zajištění kontaktu mezi koly /9/ a snímači /P/, ultrazvukové ústrojí /12/ pro přenos ultrazvukových impulsů ke kolům/9/ agenerování odpovídajících ultrazvukových diagramů, místní procesor /13/ pro ovládání ultrazvukového ústrojí /12/ a přijímání ultrazvukových signálůve vytvořených diagramech, počítač /14/spojený s místním procesorem/13/pro řízení ultrazvukov&o ústrojí /12/ a anténu /15/spojenou s počítačem/14/ pro identifikaci skladby mířeníprojíždějícího vlaku. ZafízEníje využitelnépro zjišťovánítrhlin v odvalovacímpásu pojezdových kol /9/ kolejových vozidel.

Description

Zařízení pro automatické vyhodnocování stavu odvalovacího pásu na kolech jedoucích vlaku

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro automatické vyhodnocování stavu odvalovacího pásu na kolech jedoucích vlaků, zejména pro zjišťováni trhlin v odvalovacím pásu, u které je využíván ultrazvuk pro vytváření ultrazvukových diagramů kol při jejich průjezdu nad snímači osazenými na trati.

Dosavadní stav techniky

Ze stavu techniky je již známo měřeni určitých parametrů pojezdových kol kolejových vozidel. EP-A-0 751 371 popisuje způsob . a zařízení pro měření takových parametrů jako je tloušťka nakolku a výška kola kolejového vozidla, průměr pojezdového kola a vzdálenost mezi vnitřními stranami kol stejné nápravy, přičemž tato měření se provádějí při pohybu kolejového vozidla jeho manévrovací rychlostí. Jiný příklad je možno nalézt v US-PS 4 866 642, podle kterého jsou průměry kol kolejových vozidel vypočteny z hodnoty získané současným vytvořením dvou značkových bodů na povrchu odvalovacího pásu okolku a současným snímáním obou těchto značek a také z data určujícího známou pevnou polohu generátorů značek a sond. Podobně obsahuje US-PS 4 798 964 způsob a zařízení pro měření kvality odvalovacího pásu kol kolejových vozidel bez přímého kontaktu osvětlením obvodové plochy kola světlem nebo zdrojem záření, usměrňujícího vysílané paprsky alespoň více nebo méně v radiálním směru na obvod kola, aby se vytvořil světelný obrazec profilu nebo odvalovacího pásu kola.

Podstata vynálezu

Řešení podle vynálezu vychází z tohoto stavu techniky a odstraňuje jeho nedostatky u zařízení pro automatické vyhodnocování stavu odvalovacího pásu na kolech jedoucích vlaků, které je zejména určeno pro zjišťování trhlin v odva• 4 444 · « · 4 4 4 44 4

2· 4 4 4 4 4 4 444 4 444 444 ·4··4·4 4 4 ·· ·· «4 4.4 44 44 lovacího pásu kola, ale může být využito pro měření dalších pojezdových parametrů kol kolejového vozidla. Podstata vynálezu spočívá v tom, že zařízení je opatřeno podpěrnou konstrukcí vytvořenou z oceli a mající pro každou kolejnici tvar kolejnicového nosníku, nahrazujícího vynechaný úsek kolejnice a umožňující pojezd nákolku kol kolejových vozidel a tím zajištující návaznost mezi kolejnicovým nosníkem a dalším úsekem železniční trati pro zajištění vedení pojezdových kol při jejich pohybu, při kterém se okolek kol odvaluje po kolejnicovém nosníku. Zařízení podle vynálezu obsahuje také snímače, určené pro přivedení do styku s koly přejíždějícími nad nimi, a držáky snímačů upevněné na kolejnicovém nosníku, z nichž každý je opatřen dvěma vodítky a jednou stlačovací pružinou, zajištující při průjezdu kol nad snímači jejich přitlačování a tím potřebný kontakt mezi pojezdovými koly a snímači. Další součástí zařízení je ultrazvukové ústrojí pro přenos ultrazvukových impulsů s programovatelným kmitočtem a dobou trvání impulsu k přejíždějícím kolům a pro generování ultrazvukových diagramů, odpovídajících stavu kol, a jejich ukládání. Zařízení dále obsahuje místní procesor pro ovládání ultrazvukového ústrojí a pro digitální příjem signálů generovaných ultrazvukovými diagramy, 'počítač spojený s místním procesorem a upraveným pro vydávání aktivačních povelů ultrazvukovému ústrojí, shromažďování, uspořádání a ukládání měřicích výsledků a generování odpovídajících informací a anténu napojenou na počítač a určenou pro identifikaci měřené vlakové soupravy.

Ve výhodném provedení vynálezu jsou držáky snímačů aktivovatelné a deaktivovatelné pro přemístění ve svislém směru pomocí dvou vodicích ústrojí, které jsou pro né vytvořeny.

Zařízení podle vynálezu obsahuje výhodně nejméně dva snímače pro každý kolejový úsek, ale je také možno pro každý kolejový úsek instalovat čtyři snímače.

--- v * v v » · · · · .···· · · · * · ·· · * · » · · · « ··· · ·*· *·· ······ · · ·

Každý ze snímačů sestává z piezoelektrického snímače pro generování a přijímání ultrazvukových povrchových vln s využitím suchých spojovacích prostředků a obsahuje dva indukční detektory pro zjišťování přítomnosti pojezdového kola nad snímačem. Povrchové vlny, generované a přijímané každým snímačem, mají kmitočet 1 MHz a suché spojovací prostředky, použité u každého snímače, jsou tvořeny filmem ze surového kaučuku.

Podle dalšího výhodného provedení vynálezu je ultrazvukové ústrojí navrženo pro generování, získávání a zpracovávání ultrazvukových signálů v reálném čase pro nedestruktivní zkoušení materiálů a sestává z analogové části a digitální části. Analogová část obsahuje analogové zpracovávací moduly pro zpracování přijímaných ultrazvukových signálů, obsahující programovatelné zesilovače zisku a předfiltrovací, detekční, logaritmické zesilovací a kanálové multiplexní stupně, přičemž digitální část obsahuje sběrnici mající segmentovou stavbu a sadu jednoúčelových procesorových modulů s vysokou účinností. Sběrnice sestává ze segmentů oddělených deskovými bázemi, přes které jsou procesorové moduly uloženy. Programovatelné zesílení je 80 dB při 20 MHz a logaritmické zesílení je 100 dB.

Digitální část obsahuje sběrnici se segmentovou stavbou a sadu přidělených zpracovatelských modulů s vysokou účinností, přičemž sběrnice sestává ze segmentů oddělených bázemi, nad kterými jsou zpracovatelské moduly uloženy.

Podle vynálezu umožňuje výběr procesorových modulů a jejich instalace na sběrnici se segmentovou stavbou proměnné stanovení přírůstku a zpracovatelské řetězce typu potrubí s vysokým stupněm paralelizace přizpůsobení požadavkům každé aplikace a tím umožňuje dosáhnout rychlostí sběru informací až do 80 Mvzorků/sec s udržováním rychlosti zpracování kolem • «·· · • · · · · • · · · • · * * v · • · · · · · · • ··· · ··· ··· • · tf ·

Mvzorkú/sec. Z fyzikálního hlediska procesorové moduly existují s digitální a smíšenou technologií a každý modul má sadu programovatelných parametrů a způsobů činnosti. Kromě toho mohou některé pevné moduly modifikovat svou vlastní stavbu pro provádění různých algoritmů pomocí rekonfigurace programového vybavení v jejich vnitřních obvodech.

Podle konkrétního výhodného provedení vynálezu je analogová část ultrazvukového ústrojí uložena na analogové základní desce sloužící jako podpora pro analogové zesilovací a filtrační moduly nad skupinou úseků s analogovými kanály v každém z nich a dále obsahuje systém pro generování stabilizovaného napětí, kterým jsou napájeny analogové moduly/ selektivní obvod vstupního kanálu a analogový modul pro detekci obalové křivky hodnot, přičemž tyto moduly jsou ovládány řídicí sběrnici analogové základní desky. Analogová část obsahuje přídavný blok spojený přímo s řídicí sběrnicí a upravený pro přidání digitální vstupní a výstupní desky pro zjišťování přítomnosti pojezdových kol.

Na druhé straně je digitální část ultrazvukového ústrojí uložena na vzdálené digitální základní desce, která je vytvořena ve formě podpory pro zpracovatelské moduly s digitální a hybridní stavbou, které jsou uloženy na základních deskách připojených k řídicí sběrnici digitální základní desky, každá ze základních desek je spojena s následující základní deskou pomocí segmentové sběrnice signálů, ze které získává data zpracovaná předchozím modulem a předává své výsledky následujícímu modulu. Výstup každého modulu je spojen se sběrnou pamětí pro sběr výsledků. Digitální základní deska dále obsahuje komunikační podsystém pro odpovídání na příkazy a přenos výsledků a také místní procesor ovládající celou digitální základní desku a sloužící k programování modulů, zajištění komunikací a spouštění shromažďování a zpracováni signálů.

tt tt tttttt • tttt tt « tttt « • tt ·· tttttt • · tt * • » tt «

• tttt · • tttt tttttt tt · tttt tttt

Jak analogová základní deska, tak také vzdálená digitální základní deska jsou napojeny na napájecí zdroj.

Ve výhodném provedeni vynálezu obsahuje analogová základní deska obsahuje čtyři úseky vždy se dvěma analogovými kanály a vzdálená digitální základní deska obsahuje čtyři základní desky.

Podobné podle vynálezu obsahuje ultrazvukové ústrojí obsahuje skupinu programovatelných impulsových generátoru

I spojených se snímači a k zesilovacím modulům. Jeden z řídicích modulů pro zjišťování přiblížení je instalován osazený v digitálním vstupním a výstupním bloku analogové základní desky a řídicí modul zesílení, analogové digitální převáděcí modul,· datový redukční modul jsou instalovány na vzdálené digitální základní desce.

Podle ještě jiného výhodného provedení je zařízení opatřeno čtyřmi programovatelnými impulsovými generátory a dvěma zesilovacími moduly, osazenými na analogové základní desce, z nichž každý obsahuje dva lineární zesilovače s měnitelným zesílením.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedeni zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 schematický boční pohled na železniční podvozek s koly umístěnými nad snímačem zařízení podle vynálezu, obr. 2 detailní schematický pohled na zařízení, vedený ve směru kolmém na směr pohledu z obr. 1 a zobrazující umístění kola podvozku vedle snímače, obr. 3 schematický pohled na držák snímače u zařízení podle výhodného provedení vynálezu, obr. 4 schematický pohled na snímač se dvěma indukčními detektory, obr. 5 blokové schéma zapojení zařízení podle vynálezu, • · · ft · · · ft ftftft · ftftft ftftft » ftft • ft ftft ftft • · ··· • ftft ft • ftft · ftft ftft ft · • ft * · ft · ftft obr. 6 strukturální diagram ultrazvukového ústrojí a místního procesoru použitého v zařízení podle vynálezu, obr. 7 pohled na analogovou základní desku použitou v zařízení podle vynálezu, obr. 8 pohled na vzdálenou digitální základní desku, použitou v zařízení podle vynálezu, obr. 9 blokové schéma ultrazvukového ústrojí zařízení podle vynálezu, používaného pro zjišťování trhlin v kolech železničního podvozku, a obr.10 ultrazvukový diagram kola, získávaný zařízením podle vynálezu.

Příklady provedeni vynálezu

Zařízeni podle vynálezu je vytvořeno ve formě dynamického systému používaného u vlaků pohybujících se rychlostí do 10 km/hod a z tohoto důvodu je nutno mít k dispozici mechanickou konstrukci zajišťující průjezd kol a sloužící jako podpěra pro snímače, které se mají přitlačit k obvodu nákolkú kol při zjišťování jejich stavu, aby se zajistilo po celou dobu měření spojení snímače s kolem.

Jak je zobrazeno na obr. 1 až 3, mechanická podpěrná konstrukce je vytvořena z oceli a obsahuje kolejnicový nosník 1 opatřený dvěma vodícími kolejnicemi 2 s dvojí funkcí spočívající jednak v zajištění vedeni kol 9 podvozku 10 a jednak v působení jako bezpečný útvar zajišťující pojezd kol 9. po kolejnicovém nosníku 1, přičemž pojezdová kola 9 dosedají na kolejnicový nosník svým okolkem. Kolejnicový nosník 1 nahrazuje v této části kolejový úsek 8, přičemž plynulá návaznost mezi kolejnicový nosníkem 1 a kolejovým úsekem 8 je zajištěna šroubovým spojem 3.

Kolejnicový nosník 1 slouží jako podpora pro držáky 4. snímače P určeného pro upevnění na valivý pás podvozkových kol 9. Každý z držáků 4 je opatřen dvěma vodítky 5 a tlačnou »»»· « « v v * · · · * * 4*· 9 · 4 · 4 «4 4 _ -7 _ · · 4 4 4 · · ··· 9 4·4 444 f 4444«t 4 « φ ·· · 44 44 44 44 pružinou 6 tak, že pojezd kola 9 ji stlačuje a pružina 6 tak zajišťuje kontakt mezi kolem 9 a snímačem P.

Je-li to nutné, muže být každý z držáku 4 aktivován a deaktivován jeho přemístěním ve svislém směru pomocí vodícího ústrojí 7.

Každý ze snímačů P sestává z piezoelektrického snímače generujícího a přijímacího povrchové vlny s kmitočtem 1 MHz, přičemž tyto snímače využívají film ze surového kaučuku jako propojovací prvek. Jak je to zobrazeno na obr. 4, snímače jsou instalovány na mechanickém ústrojí, zajišťujícím jejich kontakt s pojezdovými koly 9 v průběhu kontroly jejich stavu.

Jak je také zobrazeno na obr. 4, každý snímač P obsahuje dva indukční detektory 11 přiblížení, oznamující průjezd pojezdového kola 9 podvozku nad snímačem.

Celé zařízení podle vynálezu je zobrazeno na obr. 5, kde jsou znázorněny čtyři snímače PÍ, P2, P3 , P4, které tvoří, jak již bylo zmíněno, vysílače a snímače ultrazvukové povrchové vlny se suchou vazbou a obsahují detektory 11 přiblížení pojezdových kol 9, opatřené mechanickými ústrojími 4 pro přizpůsobení snímačů pohybujícímu se pojezdovému kolu 9 a pro nastavení výšky nad kolejnicovým nosníkem 1 a také dalšími součástmi přidanými ke kolejnicovému nosníku 1 (vodícími kolejnicemi 2) pro vedení pojezdových kol 9. Pro každý kolejnicový nosník 1 je možno instalovat až čtyři snímače P.

Blok 12 na obr. 5 zobrazuje ultrazvukové ústrojí zařízení podle vynálezu, obsahující elektronická ústrojí pro přenos ultrazvukových impulzů s proměnným kmitočtem a dalšími proměnnými hodnotami, nezávisle programovatelné zesilovače pro každý snímač, ústroji pro zajišťování korekcí souvisejících s útlumovou vzdáleností a ústrojí pro zjišťování skupiny * · · · • · · · ··· ·· zesílených signálů.

Druhý blok 13 na obr. 5 zobrazuje místní procesor použitý v zařízení podle vynálezu, která ovládá ultrazvukové ústrojí 12, určující dobu, kdy by měl být každá kanál aktivován na příjem signálů v závislosti na signálech vysílaných indukčními detektory 11 přiblížení pojezdových kol 9 a přijímající v digitální formě ultrazvukové signály z ultrazvukového ústrojí 12. První blok 13 obsahující místní procesor muže provádět potřebné výpočty pro analýzu signálů a přenášet vyhodnocovací algoritmy pro zjištění stavu povrchového obvodového pásu pojezdových kol 9.

Třetí blok 14 na obr. 5 zobrazuje počítač používaný v zařízení podle vynálezu a tvořící prostředek, kterým je operátor napojen na celý systém. Tento prostředek je napojen na místní procesor 13 obsažený v prvním bloku, přičemž napojeni může být uskutečněno až do vzdálenosti 1200 m a je schopno předávat aktivační povely ultrazvukového ústrojí 12 a shromažďovat, uspořádávat a uchovávat v paměti výsledky měření a také generovat příslušné impulsy. Počítač druhého bloku 14 je připojen k anténě 15, umožňující identifikaci měřené vozové soupravy. Počítač druhého bloku 14 může být spojen se současně pracujícím zařízením pro zjišťováni řídicích hodnot pro jiné parametry.

Obecná konstrukce a zapojení ultrazvukového ústrojí 12 a místního procesoru 13 zařízení podle vynálezu je zobrazeno na obr. 6, ze kterého je patrno, že toto zařízení obsahuje analogovou část 16 a digitální část 17. Analogová část 16 sestává z analogových zpracovávacích modulů 18 pro zpracování ultrazvukových signálů, které mají být sbírány, a obsahuje programovatelné ziskové zesilovače (80 dB, 20 MHz) a předfiltraci, detekci, logaritmické zesílení (100 dB) a kanálové multiplexové stupně. Kromě toho je zde analogová modulová ··· r *· · · ·e · * · ♦·· · · · · · · · · • · · · · · · ·*· · ··* ··· ······ · · · ·· ·· ·· ·· ·· ·· řídicí jednotka 19 a řídicí jednotka 20 impulsního generátoru, které budou popsány v další části.

Digitální část 17 sestává z výkonného digitálního systému pro zpravování dat, umožňující v reálném čase aplikaci komplexních algoritmů na zachycené ultrazvukové signály. Jádrem této digitální části 17 je sběrnice 21 se segmentovou stavbou a sada vysoce účinných přidělených procesorových modulů MPO, MP1, MP2,. spojených s osmibitovou přenosovou linkou 22 pro přenos dat a osmibitovou adresovou linkou 23. Sběrnice 21 sestává ze segmentů oddělených základními deskami, nad kterými jsou uloženy procesorové moduly MPO, MP1, MP2... Výstupy těchto procesorových modulů jsou napojeny na vyrovnávací paměti LI, L2, které jsou schopné dočasné uchovávat přicházející informace a poskytovat data podle potřeby dalšího zpracování, přičemž výstupy těchto vyrovnávacích pamětí jsou napojeny na sběrnou pamět 24 pro sběr dílčích výsledků.

Zobrazení na obr. 6 je doplněno v prvním bloku místním procesorem 13, komunikační řídicí jednotkou 25 a sériovým výstupem 26.

Sběr a zpracování každého signálu systémem zobrazeným na obr. 6 se může vyvíjet ve třech stádiích:

Stádium 1: Programování parametrů

V tomto stádiu se získávají všechny hodnoty, které jsou potřebné pro zjištění potřebných výsledků a které mají být modifikovány s ohledem na předchozí měření a také digitální parametry pro zpracování těchto hodnot. V tomto stádiu se také provádějí modifikace uspořádání modulů.

Programování parametrů se provádí snímáním a zaznamenáváním do adres řídicí sběrnice systému. Operace je asynchronní a její trvání je přímo závislé na počtu snímacích a zapisovacích cyklů, potřebných pro zaznamenání všech parametrů.

--- * 9 » » » « · 9 * * *·* 9 9 9 9 9 9 9 9

9 9 · φ 9 9 999 9 ··« 99«

9 9 9 9 « φ 9 9

9> 99 9« «9 9« 99

V systému zobrazeném na obr. 6 je tato operace závislá na místním procesoru 13.

Stádium 2: Shromažďování dat a jejich zpracování

Toto stádium začíná spuštěním převodníku snímače P, digitalizací přijímaných signálů a digitálním zpracováním těchto signálů v systému zobrazeném na obr. 6 a končí, když je poslední požadovaný informační vzorek uložen do sběrné paměti 24 výsledků.

V systému zobrazeném na obr. 6 jsou tyto dvě operace prováděny na základě mechanismu vyhovujícího spotřebiteli a výrobci. Přesto digitalizační modul digitální části 17 pro zpracování dat vždy zachycuje určitý počet vzorků před jevem určujícím sběr dat a jejich zpracování. 2a tohoto stavu je další zpracovávací řetězec udržován v očekávání jevu spouštějícího program (překročeni prahové hodnoty, určení doby zpoždění, spuštění pomocí programového vybavení, vnějším spuštěním a podobně). Konec příjmu je určen naprogramováním počtu vzorků, které mají být převedeny do digitální formy. Sled vzorků obsažených v sebrané skupině se v tomto popisu nazývá diagramem.

Zpracováni se provádí podle řízeného přenosového režimu konstantní rychlostí 10 megavzorků za sekundu. V důsledku toho se okenní rámeček otevírá vždy po 100 ns, v průběhu kterých moduly obsahující nějaký výsledek jej předávají do následného modulu v radě. Tento provozní režim byl vybrán, aby zajistil velmi jednoduché řízení, u kterého není požadované časování rozhodující. Řídicí hodiny pracující se základním kmitočtem 20 MHz udržuji synchronizaci v průběhu celého řetězce.

Je důležité naznačit, že existují některé okolnosti, za kterých může být sběrový a zpracovávací postup zahájen, ale * · ··· ··«· · · · · * * * · · · · ··· · ··· ··· ······ · * · ·· ·· · ·· ·· ·· zůstává neukončen. Tyto situace mají svoji příčinu v různých důvodech: nezřejmost spouštěcího jevu, nenormální činnost obvodu, aktivace ochrany a podobně. Aplikační programové vybavení by se mělo automaticky vyvinout z takových výjimečných situací'a mělo by, pokud je to možné, diagnostikovat jejich příčin.

Stádium 3: Přenos výsledků

Obecně se výsledky se shromažďují přes paměť z výstupu každého z vytvořených procesorových modulů MPO, MP1, MP2. Obvody obsažené na základní desce usnadňují výběr každého modulu jako zdroje výsledků, který značně napomáhá zkoumání a vyhodnocování (například srovnávání reálného času signálů před a'po určeném zpracování).

V jiných případech samotné moduly uchovávají v paměti získané výsledky, které jsou potom čteny prostřednictvím řídicí sběrnice. Tato nabídka zajišťuje dostupnost několika současných úseků informace týkající se stejného sběru dat, který je zvláště účinné v případě zjišťování špičkových hodnot.

Při činnosti procesorových modulů MPO, MP1, MP2 se udržuje maximální paralelní souběh, i když některé z nich vyžadují pro dokončení svých výpočtů větší počet hodinových cyklů. Z tohoto důvodu, jak již bylo řečeno, tyto moduly mají vyrovnávací paměti LI, L2 schopné dočasně uchovávat přicházející proud informací a zajišťovat data podle požadavků na další zpracování.

Fyzikální konstrukce systému zobrazeného na obr. 6 sestává ze dvou základních desek, na kterých jsou uloženy digitální a analogové zpracovávací moduly: analogová základní deska BANG (obr. 7) a dálková digitální základní deska BDR (obr. 8). K těmto dvěma dílům zařízení je připojen napájecí zdroj 33 energie (obr. 9.

• · ··· ···· · · · * • · · · · · · ··· * »·· ··· ······ · · · ·· ·· ·· ·· ·· *·

Analogová základní deska BANG slouží analogové zesilovací a filtrační moduly SLQ, SL1, SL2, SL3. z nichž každý obsahuje dva analogové kanály CN. To znamená, že první úsek SLQ obsahuje kanály CNO-1. úsek SL1 obsahuje kanály CN2-3. úsek SL2 obsahuje kanály CN4-5 a úsek SL3 obsahuje kanály CN6-7. Kromě toho obsahuje základní deska BANG stabilizovaný systém pro vytváření napětí pro napájení analogových modulů, vstupní selektivní obvod 27 volby kanálu a analogový modul 28 pro detekci obálky. Tyto moduly jsou řízeny řídicí sběrnicí 29.

jako podpora pro pres čtyři úseky

Deska BANG obsahuje přídavný blok DIG přímp spojený s řídicí sběrnicí 29 a umožňující přidání digitální vstupní a výstupní desky (v tomto případě pro detekci pojezdových kol í) ·

Deska BANG je doplněna signálním výstupem 30 a řídicí jednotkou 31 zesílení.

Dálková digitální základní deska BDR slouží jako nosič pro digitální a zpracovatelské moduly s hybridní stavbou, které jsou vloženy do čtyř základních desek ZO, Zl, Z2, Z3, spojených s řídicí sběrnicí 32. Každá ze základních desek je spojena s následující základní deskou pomocí segmentové signální sběrnice 21, přes kterou přijímá zpracovaná data z předchozího modulu a předává výsledky modulu. Výstup každého modulu může být výsledkové sběrné paměti 24 přes vyrovnávací paměti LI, L2 dočasné paměti.

do následujícího směrován také do

Deska BDR jednotku 25 pro celý systém je k programování sběru signálů.

kromě toho obsahuje komunikační řídicí příjem příkazů a přenos výsledků, přičemž ovládán místním procesorem .13, sloužícím modulů, zajišťování komunikace a spouštění * · ··· ··· · · · · • · · · · · · ·*· a «·· *·· ·····* · a a ·· ·· aa ·· aa ·*

Na obr. 9 je zobrazena stavba ultrazvukového ústrojí 12 ve formě používané pro zjišťování trhlin v materiálu u zařízení podle vynálezu. Toto ultrazvukové ústrojí 12 sestává ze čtyř programovatelných impulsových generátorů PSI, PS2, PS3 , PS4 spojených se snímači Pl, P2, P3, P4 a se dvěma zesilovacími moduly, z nichž každý obsahuje dva lineární zesilovače AMP1, AMP2, AMP3, AMP4 s programovatelným zesílením, instalované v kanálech CNO-3 analogové základní desky BANG. Řídicí modul 32 indukčních detektorů 11 přiblížení je instalován do digitálního vstupního a výstupního bloku DIG desky BANG, řídicí modul CAT zesíleni je instalován na základní desce ZO dálkové digitální základní desky BDR, analogové digitální převáděcí modul A/D je instalován na základní desce Z1 desky BDR a datový redukční modul REDUC na desce BDR. Místní procesor 13 instalovaný na desce BDR uskutečňuje program pro řízení jednotlivých modulů, určených pro zjišťování trhlin v pojezdových kolech 9 kolejových vozidel.

Na napájecí zdroj 33 je přivedeno napětí 220 v ve formě střídavého proudu a je z něj odváděno na desku BANG napětí +/- 12 V stejnosměrného proudu a na desku BDR stejnosměrné napětí +/- 5 V.

Činnost zařízení podle vynálezu

Po přijetí měřicího povelu z počítače 14 pracuje zařízení podle vynálezu následovně:

1. Místní procesor 13 programuje součásti ultrazvukového ústrojí 12 v závislosti na dodávaných parametrech (frekvenci a době trvání vysílaných impulsů, zesílení zesilovače, digitalizačních frekvencích a podobně). Součástí tohoto programování mohou být také akce, které dosud nebyly zahájeny, například pohyb snímačů P do měřicí polohy na kolejnicovém nosníku 1.

2. Místní procesor 13 se dotazuje indukčního detektoru ft · ftftft • ftft • ftft · ftft ft* • ftftftft • · ftft·· ftftft ftftft • ftft ftft • ft ftft ftft ftft blízkosti pojezdových kol 9 u každého snímače P a jestliže kterýkoliv z nich informuje o blízkosti pojezdového kola 9, vysílá pokyn ultrazvukovému ústrojí 12 k přenosu naprogramovaných impulsů a pro zahájení sběru a zpracovávání signálů snímaných snímačem P. Tyto signály odpovídají jak síření impulsů přenášeným v průběhu postupného otáčení pojezdového kola 9, tak také odrazům produkovaným poruchami vyskytujícími se na povrchu valivého obvodového pásu na každém pojezdovém kole 9. Tento digitalizovaný signál se uloží do místního procesoru 13 pro další vyhodnocení.

3. Jestliže počítač 14 vyšle signál k zastavení měření, místní procesor 13 analyzuje uložené signály a poskytuje vyhodnocení stavu každého měřeného pojezdového kola 2 ^a toto vyhodnocení se přenáší do počítače 14.

Algoritmus pro vyhodnocování ultrazvukových diagramů pojezdových kol kolejových vozidel

V následující části je popsán detekční systém pro zjišťování trhlin v odvalovacím pásu pojezdových kol kolejových vozidel pomocí zařízení podle vynálezu, objasněného v předchozí části s pomocí příslušných příkladů zobrazených na výkresech. Na každé koleji jsou použity dva ultrazvukové snímače Pl, P2, P3, P4 povrchových vln s kmitočtem 1 MHz, ultrazvukové ústrojí 12 pro generování ultrazvukových diagramů při průjezdu pojezdových kol 9 nad každým snímačem a počítač 14 pro sběr diagramů a jejich přiřazování k jednotlivých kolům a také jejich vyhodnocování. Počítač 14 je napojen na anténu 15, která zachycuje identifikační znaky měřené vlakové soupravy. Při tomto zapojení jsou u každého pojezdového kola 9 získávány dva diagramy, přesazené vůči sobě přibližně o 120°.

Ultrazvukové ústrojí 12 je zobrazeno na obr., 9 a sestává ze stejného počtu programovatelných generátorů impulsů a modulů, zobrazených na tomto obrázku.

• · ··· *··· · · * * • ** ··· ··· · ··· ·»· • ·» · ·· · · · »· ·· ·· ·· ·· *«

Pevnými parametry pro vytváření diagramů pojezdového kola 9 jsou následující:

* deset 1 MHz budicích impulsů s danou amplitudou;

* zesilovač se ziskem při 50 dB;

* vzorkovací kmitočet, 8 Mvzorků/min;

* délka předběžných vzorkových diagramů u 20 a 16,980 vzorků.

* redukční činitel 32.

Parametry ultrazvukových diagramů

V každém diagramu je možno rozlišit pět zón, zobrazených na obr. 10.

A. Budicí impuls snímače.

B. Kontrolní zóna první poloviny pojezdového kola.

C. První přímý přenos impulsu (první polovina).

D. Kontrolní zóna druhé poloviny pojezdového kola.

E. Druhý přímý přenos impulsu (z konce kola).

Zatímco rozměr zóny A je určen systémem, poloha a velikosti dalších zbývajících zón jsou závislé na rozměru pojezdového kola 9, na typu oceli použité pro jeho výrobu a na teplotě.

Vady ve stavu obruby pojezdového kola 9 se zobrazují odrazy objevujícími se v zónách B, D, přičemž správná funkce impulsového generátoru PS a snímače P je indikována výskytem impulsu ze zóny A, zatímco odrazy v zónách C, E odhalují kvalitu spojení mezi snímačem P a pojezdovým kolem 9.

Parametrizace diagramu

První krok při vyhodnocování stavu pojezdového kola 9 je představován snímáním a parametrizací odrazů objevujících se na diagramu. Proces probíhá následovně: určí se základní čára 34 diagramu, stanoví se detekční prahová hodnota 35, provede se kontrola odrazu, identifikace odrazu a parametrizace, • · ··· »·* · · · · * · · tftf· · ··· · »·· ··« ♦····· · tf ·· · ·· ·· ·· tftf uskuteční se přímý přenos identifikace Odrazu a určí se vzájemný vztah mezi odrazy.

Získávání základní čáry a stanovení detekční prahové hodnoty a vyhodnocení odezvy.

Základní čára 34 diagramu označuje úroveň ultrazvukového signálu v zónách, ve kterých se nevyskytují závady v pojezdových kolech 9. Pro přiblížení k této úrovni se provádějí následující kroky:

1. Vypočte se střední hodnota a směrodatná odchylka bodů diagramu mimo zónu A.

2. Nový diagram se vytvoří z bodů původního diagramu, jehož amplituda je menší než součet střední hodnoty a směrodatné odchylky, vypočtený v kroku 1.

3. Vypočte se střední hodnota a směrodatná odchylka bodů diagramu generovaného v kroku 2. Tato střední hodnota je používána jako předpokládaná amplituda základní čáry 34, zatímco směrodatná odchylka označuje úroveň vnitřního hluku kontrolovaného pojezdového kola 9.

4. Detekční prahová hodnota 35 označuje amplitudu, nad kterou se předpokládá, že signál může patřit odrazu, který má být kontrolován jako takový,a měla by v každém okamžiku překročit kontrolní úroveň 36. V tomto případě byla základní čára 34 používána jako detekční prahová hodnota 35 a jako kontrolní úroveň 36 byla použita hodnota základní cáry 34 plus čtyřnásobek směrodatné odchylky, vypočtené v kroku 3. Kromě toho jsou tyto hodnoty používány pro určení platnosti diagramu (detekce přítomnosti kola). Diagram se pokládá za platný, jestliže střední hodnota plus směrodatná odchylka překročí hodnotu 0,001.

Detekce odrazu a charakterizace

Pro vyhledání odrazů v diagramu se provádějí následující kroky:

1. Sledují se body diagramu a po nalezení jednoho bodu * · · · · · * ···* ··»·«* ··»··· » * · překračujícího detekční úroveň se tento bod považuje za začátek odrazu.

2. Sledují se body diagramu, dokud se jejich hodnota nevrátí na menší hodnotu než je detekční úroveň, a tento bod se vyznačí jako konec odrazu. Jestliže kterýkoliv bod odrazu překročí kontrolní úroveň .36, přidá se odrazu do souboru zjištěných odrazů.

3. Opakují se kroky 1 a 2, dokud se nedokončí celý diagram.

4. Seznam zjištěných ozvěn se opraví setříděním vůči jedné ozvěně, jejíž ukončení bylo menší než tři body z následující O2věny.

5. Pro každou ozvěnu je třeba zaznamenat následující skutečnosti: počáteční bod, jeho šířka vyjádřená počtem bodů, poloha a amplituda maximální hodnoty ozvěny a součet amp 111 ud všech bodů obsažených v diagramu.

Identifikace přímo přenášených odrazó

Následujícími kroky se určuje poloha a relativní vzdálenost přímo přenášených odrazů (umístění zón C, E v diagramu). Cesta k dosažení tohoto výsledku je závislá na počtu platných diagramů pojezdového kola 9, které jsou k dispozici:

1. Jestliže existují dva diagramy, vytvoří se hybridní diagram bod po bodu v minimální hodnotě každého z nich a tímto způsobem se vyloučí všechny odrazy, které se neobjevují ve stejné poloze (přímé přenosové odrazy se shodují ve dvou diagramech stejného kola). Pro tento diagram se vytvoří seznam odrazů s tvarem popsaným ve dvou předchozích odstavcích.

2. V seznamu ozvěn hybridního diagramu se sleduje, zda jsou oba diagramy přístupné nebo jestli je dostupný jen jeden z platných diagramů, a vyhledávají se dvojice ozvěn, u kterých póčáteční bod jednoho z nich je dvojnásobkem vzdálenosti od počátečního bodu druhého z nich s činitelem tolerance rovném 15 bodů a který začíná . při více než 150 bodech od počat18 * * ··· · · » * · · · · · « ··· * • · · ta · · ta ·· tata ·· ·· ku. Jestliže na impulsech existuje několik bodů, které splňují tuto podmínku, vybere se dvojice bodů, která je nejvíc vzdálena od začátku diagramu.

3. Jestliže vypočtené přenášené odrazy pocházejí z hybridního diagramu, jejich identifikace se zahájí pomocí seznamu odrazů u každého z původních diagramů. Pro poslední z ozvěn platí, že ty odrazy, které se nekříží s přenášenými odrazy, se vyhledávají pro nalezení každého z nich. Jestliže měl každý z nalezených odrazů šířku větší než 35 bod§, oddělí se odraz, mající šířku stejnou jako odraz odpovídající druhému diagramu, oddělí a zbytek se přidá k seznamu jako nezávislý odraz.

Vzájemný vztah mezi odrazy

Potom se odrazy ze skupiny objevující se v zóně D diagramu a které jsou opakováním odrazu ze zóny B identifikují pro každý diagram:

1, Vzdálenost mezi opakujícími se body se určí jako vzdálenost mezi přímo přenášenými odrazy, které se získaly.

2. Pro každý odraz zóny B každého diagramu se zjišťuje, zda některý z nich existuje v zóně D a má svůj počáteční ve vzdálenosti mezi vypočtenými replikami, přičemž se bere v úvahu činitel tolerance 10 bodů. Je-li tato podmínka splněna, jsou odrazy označeny posesor repliky” a replika.

Jsou-li k dispozici dva platné diagramy kola, identifikují se odrazy ze dvou diagramů, které byly vytvořeny stejným reflektorem. Je třeba vzít v úvahu, že vzdálenost mezi dvěma snímači Pl, P2, P3, P4 na stejném kolejovém úseku 8 je přibližně 870 mm, což s ohledem na to, že rychlost zvuku v oceli je 3000 m/sec a s ohledem na parametry pro sběr dat, má za následek, že signály snímačů P2, P3 je předsunuty o 140 bodů vzhledem k signálům produkovaným snímači Pl, P2. Postup je následující.

• · · · ··· ·»· »*·· • ·» · • · » · · ·« fe · · ·

I · ··· » · * ·· • · · » ··· ··· • · ·· ·* že jeho délka, rovná

1. Pro každý, diagram platí, počáteční hodnotě druhého přímo přenášeného odrazu, je stálá.

2. Pro každý vrchol každého diagramu, který není označen jako replika nebo opakování, se hledá vrchol v jiném diagramu začínajícím nebo končícím 140 bodů před (jestliže sledovaný odraz patří diagramu produkovanému snímači Pl, P4) nebo 140 bodů po (jestliže odraz přichází· ze snímačů P2, P3) analyzovaném odrazu s činitelem tolerance 6 bodů. Jestliže se nalezne libovolný takový vrchol, jsou oba označeny za vzájemně si odpovídající odrazy. Jestliže možný odraz spadá do zón A, B, E, odraz se označí za připadající do mrtvé zóny. (výpočty předstihu nebo zpoždění jsou prováděny jako u modulu jehož délka je vypočtena pro diagram).

Vyhodnocení stavu kola

V první fázi se vyhodnocení stavu kola 9 kolejového vozidla provádí s přihlédnutím pouze k hodnotě maxima každého zaznamenaného odrazu a k jeho šířce a je založeno na předpokladu, že odrazy produkované trhlinami by měly mít velkou amplitudu, a také na zjištění, že velmi široké odrazy obvykle odpovídají prokluzu kola nebo ploškám na kole.

Vyhodnocovací algoritmus se vytvoří následovně:

1. Jestliže žádný ze získaných diagramů týkajících se kola 9 není označen za platný diagram, kolo se považuje za nekontrolovatelné.

2. Jestliže nebyly zachyceny přímo přenášené odrazy, rovněž není možno kolo 9 vyhodnotit.

3. Jestliže nejsou splněny podmínky v odstavcích 1 a 2, vyhodnocuje se každý vrchol každého diagramu označeného za platný samostatně. Hodnota odrazu je určena pomocí lineární funkce maximální hodnoty, která přisuzuje nulovou hodnotu odrazům s maximální hodnotou rovnou nule a 2,5 odrazům s amplitudou 255. Stanovená hodnota je zvýšena o 0,5, jestliže je maximum odrazu větší než 250.

4. Optimální šířka odrazu se určuje pomocí lineární • * ··· 4 ·«# 4 44 « · · · · · 4 444 4 444 444 • · 4 4 4 · ¹ 4 4 4 44 44 44 44 44 44 funkce určující optimální šířku. Jestliže je skutečná šířka větší vypočtená optimální šířka, odraz se redukuje přidáním 85 % hodnoty určené v kroku 3.

5. Maximum vrcholových hodnot určených v krocích 3 a 4 je určeno ze všech odrazu obsažených ve všech platných diagramech, které jsou zaokrouhleny na nejbližší celé číslo (nebo na 1, jestliže výsledkem je 0) a tato hodnota je zafixována jako hodnota kola.

Při postupu prováděném na zařízení podle vynálezu je možno zjišťovat počáteční stádia tvorby trhlin, které by se později mohly objevit v obvodovém odvalovacím pásu pojezdových kol v průběhu jízdy vlaku a uskutečnit odpovídající měření- nezbytná pro zahájení potřebných oprav ještě dříve, než trhliny zvětší svoji velikost na hodnotu, při které by mohlo dojít k většímu poškození kol, takže řešením podle vynálezu je podstatně bezpečnost provozu na kolejových tratích.

I když v předchozích částech popisu byly popsána základní znaky řešení podle vynálezu, rozumí se, že tyto znaky mohou být modifikovány ve svém konstrukčním vytvoření a v jednotlivých detailech, pokud tyto modifikace spadají' o rozsahu vynálezu. Například počet snímačů, impulsových generátorů, modulů a dalších součástí může být odlišný od zobrazených příkladů. Proto se předpokládá, Že rozsah vynálezu je vymezen pouze a jedině obsahem připojených patentových nároků.

Claims (15)

1. Zařízení pro automatické vyhodnocování stavu odvalovacího pásu na kolech jedoucích vlaků, zejména pro zjišťování trhlin v odvalovacím pásu kol, vyznačující se tím , že obsahuje podpěrnou konstrukci z oceli, tvořenou kolejnicovým nosníkem (1) pro každý kolejový úsek (8), nahrazující úsek kolejové trati, upravený pro pojezd pojezdových kol (9) kolejového vozidla a zajištující návaznost mezi kolejnicovým nosníkem (1) a kolejovým úsekem (8) pomocí šroubových spojů (3), ke kolejnicovému nosníku (1) je připojena vodicí kolejnice (2) pro zajištění vedení pojezdových kol (9) při jejich pohybu a dosedání jejich okolků na kolejnicový nosník (l), snímače (P) jsou upraveny pro přivedení do kontaktu s pojezdovými koly (9) přejíždějícími nad nimi, držáky (4) snímačů (P) umístěné na kolejnicových nosnících (1) a každý z nich je opatřen vodítkem (5) a tlačnou pružinou (6), takže průjezd pojezdových kol (9) nad snímači (P) si vynucuje a zajišťuje, kontakt kola se snímačem, ultrazvukové ústrojí (12) pro přenos ultrazvukových impulsů s programovatelným kmitočtem a trváním k projíždějícímu pojezdovému kolu (9) a pro generování a získáváni ultrazvukových diagramů odpovídajícím stavu pojezdových kol (9), místní procesor (13) pro řízení ultrazvukového ústrojí (12) a přijímání z něj v digitální formě signály z generovaných ultrazvukových diagramů, počítač (14) spojený s místním procesorem (13) pro přenos aktivačních povelů ultrazvukového, sběr, třídění a ukládání výsledků měření a vysílání příslušných zpráv, a anténu (15) připojenou k počítači (14) a určenou k identifikaci měřené vlakové soupravy.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že držáky (4) snímačů jsou aktivovatelné a deaktivovatelné pro přemístění ve svislém směru pomocí dvou vodicích • · ··* · : :: * · · 9«

9« * 9 · • ···

9 9 9 ·· 99 • 9 9 9

999 999

9 9

99 99 ústrojí (7), které jsou pro ně vytvořeny.

3. Zařízení podle nároků la2, vyznačující se t í m ,že obsahuje nejméně dva snímače (Pl, P2 , P3, P4) pro každý kolejový úsek (8).

4. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že obsahuje pro každou kolejnici čtyři snímače (Pl, P2, P3, P4).

5. Zařízení podle . nároků 1 až 4, vyznačující se t í m , že každý ze snímačů (P) sestává z piezoelektrického snímače pro generování a přijímání ultrazvukových povrchových vln s využitím suchých spojovacích prostředků a obsahuje dva indukční detektory (11) pro zjišťování přítomnosti pojezdového kola (9) nad snímačem (P).

6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že povrchové vlny, generované a přijímané každým snímačem, mají kmitočet 1 MHz a suché spojovací prostředky, použité u každého snímače, jsou tvořeny filmem ze surového kaučuku.

7. Zařízení podle nároků 1 až 6, vyznačující se t í m , že ultrazvukové ústrojí (12) je navrženo pro generování, získávání a zpracovávání ultrazvukových signálů v reálném čase pro nedestruktivní zkoušení materiálů a sestává z analogové části (16) a digitální části (17), přičemž analogová část (16) obsahuje analogové zpracovávací moduly (18) pro zpracování přijímaných ultrazvukových signálů, obsahující'programovatelné zesilovače zisku a předfiltrovací, detekční, logaritmické zesilovací a kanálové multiplexní stupně, přičemž digitální část (17) obsahuje sběrnici (21) mající segmentovou stavbu a sadu jednoúčelových procesorových modulů (MPO, MP1, MP2, ..) s vysokou účinností, sběrnice (21) • · · · · · ·· ·· ·· ·· ·· sestává ze segmentů oddělených deskovými bázemi, přes které jsou procesorové moduly uloženy.

8. Zařízení podle nároku 7, vyznačující se tím , že programovatelné zesílení je 80 dB při 120 MHz a logaritmické zesílení je 100 dB.

9. Zařízení podle nároků 7a8, vyznačující se t í m , že analogová část (16) ultrazvukového ústrojí (12) je uložena na analogové základní desce (BANG) sloužící jako podpora pro analogové zesilovací a filtrační moduly skupinou úseků (SLO, SLI, SL2, SL3, ..) s analogovými kanály (CN0-1, CNO2-3, CN4-5, CN6-7, ..) v každém z nich a dále obsahuje systém pro generování stabilizovaného napětí, kterým jsou napájeny analogové moduly, selektivní obvod (27) vstupního kanálu a analogový modul (28) pro detekci obalové křivky hodnot, přičemž tyto moduly jsou ovládány řídicí sběrnicí (29) analogové základní desky.

10. Zařízení podle nároku 9,vyznačující se tím , že analogová část obsahuje přídavný blok (DIG) spojený přímo s řídicí sběrnicí (29) a upravený pro přidání digitální vstupní a výstupní desky pro zjišťování přítomnosti pojezdových kol (9).

11. Zařízení podle nároků 7 až 10, vyznačuj ící se t í m , že digitální část (17) ultrazvukového ústrojí (12) je uložena na vzdálené digitální základní desce (BDR), která je vytvořena ve formě podpory pro zpracovatelské moduly s digitální a hybridní stavbou, které jsou uloženy na základních deskách (Z0, Zl, Z2, Z3, ..) připojených k řídicí sběrnici (32) digitální základní desky, každá ze základních desek je spojena s následující základní deskou pomocí segmentové sběrnice (21) signálů, ze které získává data zpracovaná předchozím modulem a předává své výsledky

7 ; I » v • · *·· ··· · >·· • · * · · · · ··· · ··· ··« ······ · · · ·· ·· ·· ·· · ·· následujícímu modulu, a výstup každého modulu je spojen se sběrnou pamětí (24) pro sběr výsledků, přičemž digitální základní deska dále obsahuje komunikační podsystém (25) pro odpovídání na příkazy a přenos výsledků a také místní procesor (13) ovládající celou digitální základní desku a sloužící k programování modulů, zajištění komunikací a spouštění shromažďování a zpracování signálů.

12. Zařízení podle nároků 1 až 11,vyznačuj ící se t í m , že jak analogová základní deska (BANG), tak také vzdálena digitální základní deska (BDR) jsou napojeny na napájecí zdroj (3).

13. Zařízení podle nároků 7 až 12,vyznačuj ící se t í m , že analogová základní deska (BANG) obsahuje čtyři úseky (SLO, SL1, SL2, SL3) vždy se dvěma analogovými kanály (CNO-1, CN2-3, CN4-5, CN6-7) a vzdálená digitální základní deska (BDR) obsahuje čtyři základní desky (ZO, Zl, Z2, Z3).

14. Zařízení podle nároků 1 až 13, vyznačuj ící se t í m , že ultrazvukové ústrojí (12) obsahuje skupinu programovatelných impulsových generátorů (PSI, PS2, PS3, PS4,..) spojených se snímači (Pl, P2, P3, P4,..) a k zesilovacím modulům, řídicí modul (32) pro zjišťování přiblížení, osazený v digitálním vstupním a výstupním bloku (DIG) analogové základní desky (BANG) a řídicí modul (CAT) zesílení, analogově digitální převáděcí modul (A/D), datový redukční modul (REDUC) jsou instalovány na vzdálené digitální základní desce (BDR).

15. Zařízení podle nároku 14, vyznačující se t i m , že je opatřeno čtyřmi programovatelnými impulsovými generátory (PSI, PS2, PS3, PS4) a dvěma zesilovacími moduly, osazenými na analogové žákladní desce (BANG), z nichž každý • · ·φφ • * φ <

• •φφ φ· φφ

Φ·# φ > φφ φφ » »» φ φ φ φ φ φφφ φφ· • φ φφ φφ obsahuje dva lineární zesilovače (AMP1, AMP2, AMP3, AMP4) s měnitelným zesílením.