RU220802U1 - Путеизмерительный вагон для контроля параметров рельсового пути на основе пассажирского железнодорожного вагона - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к путеизмерительному вагону для контроля параметров рельсового пути. В путеизмерительном вагоне для контроля параметров рельсового пути на основе пассажирского железнодорожного вагона, в кузове вагона установлены бесконтактный измерительный модуль координат рельсов (БИМ), содержащий лазерные сканеры, расположенные попарно справа/слева относительно каждого рельса и осуществляющие бесконтактный контроль положения каждого рельса, и бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), содержащая три гироскопа и три акселерометра со взаимно перпендикулярными осями чувствительности, размещёнными на едином основании, подвешенном к подрессоренной части ходовой тележки вагона. При этом вихретоковый датчик обнаружения рельсовых пересечений размещён под некотловой ходовой тележкой вагона. В результате расширяется арсенал технических средств бесконтактного измерения геометрических параметров рельсовой колеи железнодорожного пути за счет обеспечения высокой точности измерения и возможности проведения измерения дополнительных параметров пути, в частности, параметров поперечного профиля рельса на скорости, равной конструктивной скорости пассажирского поезда. 2 ил.

Description

Полезная модель предназначена для контроля параметров рельсового пути.

Из уровня техники, патент RU № 183755 с приоритетом от 26.04.2018 г., известно устройство контроля геометрических параметров железнодорожного пути, содержащее систему лазерных сканеров, установленную на кузове подвижной единицы и обеспечивающую контроль габаритов мостов, тоннелей, приближения строений, очертаний верхнего строения железнодорожного пути и земляного полотна.

Но данное устройство не позволяет производить измерения геометрических параметров рельсовой колеи, таких как ширина рельсовой колеи, взаимное положение рельсовых нитей в плане и профиле.

Наиболее близким по своей технической сущности является известное из патента РФ № 211286 с приоритетом от 22.03.2022 г. устройство для контроля геометрии пути на основе пассажирского железнодорожного вагона, в состав которого входит кузов вагона с оборудованием, котловая и некотловая ходовые тележки, содержащие датчики линейных перемещений букс второй колесной пары котловой и букс колесных пар некотловой ходовых тележек относительно плоскости днища кузова вагона, по два датчика линейных перемещений поперечных балок ходовых тележек относительно плоскости симметрии кузова вагона, установленные на некотловой ходовой тележке у каждого колеса, датчики линейных перемещений относительно плоскости симметрии некотловой ходовой тележки и датчики обнаружения стрелочного перевода, которые контактируют соответственно с внутренними боковыми гранями головок рельсов и контррельсами стрелочных переводов, два связанных с осью вращения колесной пары датчика пути и скорости, установленные в кузове вагона три акселерометра со взаимно перпендикулярными осями чувствительности, три датчика угловой скорости со взаимно перпендикулярными осями чувствительности, аппаратно-программные комплексы, блок согласования, к входам которого подключены выходы всех датчиков, а к его порту обмена информацией подключены аппаратно-программные комплексы.

При всех достоинствах данного устройства его конструкция накладывает существенные ограничения на его применение, а именно – необходимость полного переоборудования подвижной единицы-носителя (пассажирского вагона), наличие в составе устройства многочисленных механических элементов, требующих регулярного обслуживания, скорости движения вагона в режиме измерений не более 100 км/ч (40 км/ч при прохождении стрелочных переводов).

Техническим результатом заявляемого устройства является расширение арсенала технических средств бесконтактного измерения геометрических параметров рельсовой колеи железнодорожного пути за счет обеспечения высокой точности измерения и возможности проведения измерения дополнительных параметров пути, в частности, параметров поперечного профиля рельса на скорости, равной конструктивной скорости пассажирского поезда.

Заявленный технический результат достигается за счёт того, что путеизмерительный вагон для контроля параметров рельсового пути на основе пассажирского железнодорожного вагона, в состав которого входит кузов вагона с оборудованием, котловая и некотловая ходовые тележки, содержащий два связанных с осью вращения колесной пары датчика пути и скорости, установленные в кузове вагона три акселерометра со взаимно перпендикулярными осями чувствительности, три гироскопа со взаимно перпендикулярными осями чувствительности, аппаратно-программные комплексы, блок согласования, к входам которого подключены выходы всех датчиков, акселерометров и гироскопов, а к его порту обмена информацией подключены аппаратно-программные комплексы, отличающийся тем, что в кузове вагона установлены бесконтактный измерительный модуль координат рельсов (БИМ), содержащий лазерные сканеры, расположенные попарно справа/слева относительно каждого рельса и осуществляющие бесконтактный контроль положения каждого рельса и бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС) содержащая упомянутые три гироскопа и упомянутые три акселерометра со взаимно перпендикулярными осями чувствительности размещёнными на едином основании, подвешенном к подрессоренной части ходовой тележки вагона, при этом вихретоковой датчик обнаружения рельсовых пересечений размещён под некотловой ходовой тележкой вагона. Объединение в составе БИНС сборки трёх гироскопов и трёх акселерометров со взаимно перпендикулярными осями чувствительности и математическое моделирование гиростабилизированной платформы позволяет построить точную траекторию перемещения БИНС, а следовательно, пространственное положение оси рельсового пути в плане и профиле, и полный вектор ускорений, действующих на вагон. Комплексирование этих данных с показаниями лазерных сканеров в составе БИМ даёт возможность восстановить положение каждой из рельсовых нитей для последующего расчёта параметров геометрии рельсового пути, дополнительно к этому поперечные профили рельсов, фиксируемые БИМ, могут использоваться для контроля устройства верхнего строения пути (износ рельсов, величина подуклонки и др). Устройство имеет модульное строение и не требует глубоких изменений в конструкции подвижной единицы-носителя, благодаря чему может быть интегрирована в различные виды подвижного состава, а также использоваться в автономном (беспилотном) варианте.

Суть технического решения поясняется схемой, где на фиг. 1 изображена структурная схема устройства для бесконтактного измерения геометрических параметров рельсовой колеи железнодорожного пути в виде сверху (кузов вагона условно не показан).

С целью упрощения графики и ее восприятия на фиг. 1 приняты следующие условности:

1. Аппаратура (например, соответствующие датчики – см. ниже) и оборудование (например, ходовые тележки – см. ниже), изображенные жирными линиями, соединены с кузовом вагона. Остальная аппаратура и оборудование соединены с соответствующими ходовыми тележками.

2. В соответствии с известной конструкцией кузов вагон обладает вертикальной плоскостью симметрии кузова вагона (на фигурах не показана). Плоскость днища кузова вагона перпендикулярна плоскости симметрии кузова вагона. Аналогичные плоскости присущи и ходовым тележкам.

3. Направления входного воздействия (перемещения, ускорения, угловой скорости) относительно плоскости днища кузова вагона или относительно плоскости симметрии кузова вагона (или ходовой тележки) практически перпендикулярны соответствующим плоскостям. То же относится и к направлению оси чувствительности датчика. Например, направление, обозначенное на фиг.1 стрелкой у датчика 16, перпендикулярно продольной плоскости симметрии кузова вагона, направление, обозначенное на фиг.1 стрелкой у датчика 17, параллельно продольной оси вагона, при отсутствии стрелки направление входного воздействия или оси чувствительности датчика перпендикулярно плоскости днища кузова вагона.

4. Системы энергопитания (электрическая) условно не показана.

Вагон с размещённым на нём оборудованием включает в себя (фиг.1) кузов вагона (на фигуре условно не показан), котловую 1 и некотловую 2 ходовые тележки, имеющие по две колесных пары: первую 3, вторую 4 котловой ходовой тележки и 5, 6 некотловой ходовой тележки, которые контактируют с рельсами 7. Ходовые тележки 1 и 2 вагона подрессорены относительно колесных пар (штатная подвеска вагона). Датчики пути и скорости (ДПС) 12, 13 установлены на буксах колесной пары 6 и сопряжены с осью ее вращения. Бесконтактный измерительный модуль (БИМ), конструктивно объединяющий лазерные сканеры 8, 9, 10, 11 и бесплатформенная инерциальная система (БИНС), конструктивно объединяющая гироскоп 15 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости днища кузова вагона, гироскоп 16 с осью чувствительности, перпендикулярной продольной плоскости симметрии вагона, гироскоп 17 с осью чувствительности, параллельной продольной оси вагона, акселерометр 18 с осью чувствительности, перпендикулярной продольной плоскости симметрии кузова вагона, акселерометр 19 с осью чувствительности, перпендикулярной плоскости днища кузова вагона, и акселерометр 20 с осью чувствительности, параллельной продольной оси вагона, размещены на едином основании, подвешенном к подрессоренной части ходовой тележки вагона. Датчик обнаружения рельсовых пересечений 14 размещён под ходовой тележкой вагона 2.

Работает путеизмерительный вагон для контроля параметров рельсового пути на основе пассажирского железнодорожного вагона следующим образом. Вагон при штатном функционировании устройства может двигаться котловой ходовой тележкой 1 (фиг.1) вперед или в обратную сторону. Датчики пути и скорости (ДПС) 12, 13, установленные на буксах колесной пары 6 и сопряженные с осью ее вращения, входят в состав одометра, в который входят и колеса колесной пары. Датчики пути и скорости 12, 13 формируют импульсные сигналы, частота которых прямо пропорциональна скорости движения вагона, а число импульсов прямо пропорционально пройденному вагоном расстоянию. По информации, полученной с помощью ДПС 12, 13, определяется текущее место расположения вагона на рельсовом пути. Сканеры 8..11, расположенные попарно справа и слева относительно рельсов и бесконтактным способом измеряют расстояния до головок рельсов в системе координат основания, на котором они установлены, в результате чего формируется пространственное облако точек, описывающих очертания головок рельсов. Датчики 15..20 в составе БИНС формируют измерительную информацию о навигационных параметрах, углах ориентации основания (крен, тангаж, курс), а также информацию об ускорении и скорости движения основания, на котором установлена БИНС. Сигналы датчиков в составе БИМ и БИНС в процессе работы поступают в блок согласования 21, который обеспечивает их сбор и обработку, согласование по параметрам и оцифровку измерительной информации, поступающей от датчиков. Из блока согласования 21 оцифрованные сигналы поступают в аппаратно-программный комплекс 22, где, в результате комплексирования полученных сигналов и их математической обработки формируется пространственная траектория рельсового пути, параметры геометрии рельсовых нитей, взаимного положения рельсов и профиля рельсов. Фиксация стрелочных переводов и других нерегулярных элементов рельсового пути (мосты, переезды) осуществляется датчиком обнаружения рельсовых пересечений 14.

При контроле и оценке параметров рельсового пути в реальном времени измеряются и документируются с автоматизированной и автоматической привязкой к текущему месту расположения вагона на рельсовом пути следующие его параметры: взаимное положение обоих рельсов по высоте (уровень), ширина колеи рельсового пути (шаблон), стрелы изгиба каждого рельса в вертикальной (просадка) и в горизонтальной (рихтовка) плоскостях, уклоны и продольный профиль пути (вычисляемый параметр), длинные неровности пути в плане и профиле (вычисляемый параметр), пройденный путь и скорость при измерениях, обнаружение стрелочных переводов, очертания профилей рельсов и их характеристики (наклон поверхности катания, боковой и вертикальный износы, подуклонка рельсов).

Измеряемые параметры в цифровом формате записываются на компьютерные носители данных; на неавтономных измерительных средствах при этом формируются визуальные (на дисплеях аппаратно-программных комплексов) и печатные выходные формы контроля параметров рельсового пути (графические распечатки на принтерах аппаратно-программных комплексов), с результатами измерений, расшифрованными и оцененными в части отступлений от норм содержания рельсового пути и допустимых скоростей движения в соответствии с действующими нормативными документами, управляющие воздействия оператора, техническое состояние аппаратных средств и выдается звуковая сигнализация (с помощью аудио устройств аппаратно-программных комплексов) по опасным отступлениям от норм содержания. Аппаратно-программный комплекс 23 обеспечивает синхронное с измеряемыми параметрами отображение параметров рельсового пути по результатам более раннего их контроля (из базы данных). Аппаратно-программный комплекс 24 осуществляет анализ и последующую обработку результатов измерения параметров рельсового пути. Аппаратно-программные комплексы 23 и 24 носят сервисный характер, на автономных (беспилотных) измерительных средствах могут не устанавливаться.

Claims (1)

1. Путеизмерительный вагон для контроля параметров рельсового пути на основе пассажирского железнодорожного вагона, в состав которого входит кузов вагона с оборудованием, котловая и некотловая ходовые тележки, содержащий два связанных с осью вращения колесной пары датчика пути и скорости, установленные в кузове вагона три акселерометра со взаимно перпендикулярными осями чувствительности, три гироскопа со взаимно перпендикулярными осями чувствительности, аппаратно-программные комплексы, блок согласования, к входам которого подключены выходы всех датчиков, акселерометров и гироскопов, а к его порту обмена информацией подключены аппаратно-программные комплексы, отличающийся тем, что в кузове вагона установлены бесконтактный измерительный модуль координат рельсов (БИМ), содержащий лазерные сканеры, расположенные попарно справа/слева относительно каждого рельса и осуществляющие бесконтактный контроль положения каждого рельса, и бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), содержащая упомянутые три гироскопа и упомянутые три акселерометра со взаимно перпендикулярными осями чувствительности, размещёнными на едином основании, подвешенном к подрессоренной части ходовой тележки вагона, при этом вихретоковый датчик обнаружения рельсовых пересечений размещён под некотловой ходовой тележкой вагона.