RU2513338C1

RU2513338C1 - Estimation of track state

Info

Publication number: RU2513338C1
Application number: RU2012156356/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Леонидович Бидуля; Олег Геннадьевич Краснов; Надежда Николаевна Никитина
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги"
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2014-04-20

Abstract

FIELD: transport.SUBSTANCE: diagnostics car incorporated with the train and equipped with strain-gage mounted axles, strain-gage auto couplings, meters, systems of satellite navigation and wireless communication are used to define the track geometry conditions. Cure radii, positions of rail threads in plan and profile, track gage and other parameters related to electronic GPS map to relate them to the data of last trips of track metering train. At a time, strain-gage mounted axles are used to define vertical and lateral forces, their relationship in interaction between track and rolling stock and between rail and wheel. Strain-gage auto couplings are used to define dynamic forces at rolling stock to estimate dangerous section of the track for empty cars to be related to track profile. Proceeding from track geometry parameter measurements and train speed, probability of train derailing is estimated caused by rolling of wheel flange on the rail. Track sections are defined which can have anti-derailing factors lower than standard ones to work out recommendations on current maintenance of said tracks.EFFECT: higher validity and efficiency of estimation.2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и предназначено для контроля и оценки состояния геометрии рельсовой колеи по силам взаимодействия подвижного состава и железнодорожного пути.The invention relates to railway transport and is intended to monitor and evaluate the state of the geometry of the rail gauge by the forces of interaction of the rolling stock and the railway track.

Известно устройство для измерения вертикальных и боковых сил взаимодействия между колесом и рельсом, содержащее железнодорожную колесную пару, тензорезисторы, включенные диаметрально в полумостовые тензометрические схемы и размещенные по разные стороны от оси на концентричных диаметрах наружной и внутренней сторонах диска колеса, усилители, тактовый и синхронизирующий генераторы, блок управления и блоки электронных ключей вертикальной и боковой сил, блоки определения направления действия боковой силы (тензометрическую колесную пару). Тензорезисторы внутренней стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6-0,7 радиуса диска колеса, а тензорезисторы наружной стороны диска колеса установлены на одном диаметре с радиусом 0,6-0,8 радиуса диска колеса (SU, авторское свидетельство №1312412, кл. G01L 1/22, G01L 5/16, опубл. 1987 г.).A device is known for measuring vertical and lateral forces of interaction between a wheel and a rail, comprising a railway wheel pair, strain gauges included diametrically in half-bridge strain gauges and placed on opposite sides of the axis on concentric diameters of the outer and inner sides of the wheel disc, amplifiers, clock and clock generators , control unit and blocks of electronic keys of vertical and lateral forces, blocks for determining the direction of action of lateral force (tensometric wheel pa y). The strain gages of the inner side of the wheel disc are mounted on the same diameter with a radius of 0.6-0.7 of the radius of the wheel disc, and the strain gages of the outer side of the wheel disc are mounted on the same diameter with a radius of 0.6-0.8 of the radius of the wheel disc (SU, copyright number 1312412, CL G01L 1/22, G01L 5/16, publ. 1987).

Недостатком данного способа является ограниченное количество измеряемых параметров - вертикальные и боковые силы на правом и левом колесах и отсутствие возможности учета динамики продольных сил, возникающих при движении поезда, что снижает функциональные возможности устройства.The disadvantage of this method is the limited number of measured parameters — vertical and lateral forces on the right and left wheels and the inability to account for the dynamics of the longitudinal forces arising from the movement of the train, which reduces the functionality of the device.

Известен способ оценки состояния пути, принятый в качестве прототипа, заключающийся в том, что с использованием вагона-путеизмерителя определяют состояние геометрии пути: радиусы кривых, положение рельсовых нитей в плане и профиле, ширину колеи и другие параметры: с помощью тензометрической колесной пары проводят определение величины и соотношение боковых и вертикальных сил Н/V (возможно и соотношение V/H, принятое в РФ) во взаимодействии подвижного состава и пути, а также отдельного колеса с рельсом и на основе результатов измерения геометрических параметров пути и скорости движения поезда оценивают вероятность схода вследствие вкатывания гребня колеса на рельс; определяют участки пути, на которых могут иметь место значения коэффициентов запаса устойчивости колеса против схода ниже нормативных значений и вырабатывают рекомендации по текущему содержанию пути на таких участках (Журнал «Железные дороги мира», 2007 г., №8, с.74-77).There is a method of evaluating the condition of the track, adopted as a prototype, which consists in the fact that using the carriage tracker determine the state of the geometry of the path: the radius of the curves, the position of the rail threads in plan and profile, track gauge and other parameters: using tensometric wheelset determine the magnitude and ratio of lateral and vertical forces N / V (possibly the V / H ratio adopted in the Russian Federation) in the interaction of rolling stock and track, as well as of a separate wheel with a rail and based on geome measurement results tricheskogo parameters of the path and speed of the train evaluate the likelihood of descent due to the rolling of the wheel flange on the rail; determine the sections of the track on which the values of the safety margins of the wheel against the runoff can be lower than the standard values and develop recommendations for the current maintenance of the track in such sections (Journal of the World Railways, 2007, No. 8, pp. 74-77) .

Недостатками данного способа оценки состояния пути являются:The disadvantages of this method of assessing the state of the path are:

- невозможность учета динамики продольных сил, возникающих при движении поезда, при этом продольный профиль пути определяет режимы ведения поезда, при которых возникают переходные процессы со значительным повышением продольных сил, например режим торможения поезда (спуски) или режим тяги (на подъеме);- the impossibility of taking into account the dynamics of the longitudinal forces arising during the movement of the train, while the longitudinal profile of the path determines the modes of the train, in which transients occur with a significant increase in the longitudinal forces, for example, the braking mode of the train (descents) or traction mode (on the rise);

- отсутствует синхронная оценка продольных сил поезда и сил взаимодействия колес с рельсами, что не обеспечивает оценку влияния каждого из силовых факторов на снижение коэффициента запаса устойчивости.- there is no synchronous assessment of the longitudinal forces of the train and the forces of interaction of the wheels with the rails, which does not provide an assessment of the influence of each of the force factors on the reduction of the safety factor.

Техническим результатом является повышение достоверности и эффективности оценки состояния рельсового пути путем учета синхронного действия продольных сил в поезде и сил взаимодействия отдельного колеса и рельсового пути.The technical result is to increase the reliability and efficiency of assessing the state of the rail track by taking into account the synchronous action of the longitudinal forces in the train and the forces of interaction of the individual wheel and rail track.

Указанный технический результат достигается тем, что с применением диагностического вагона, оборудованного тензометрическими колесными парами (ТКП), тензометрическими автосцепками, измерительными приборами, системами спутниковой навигации и беспроводной передачи данных, который устанавливают в состав грузового поезда, определяют состояние геометрии рельсового пути: радиусы кривых, положение рельсовых нитей в плане и профиле, ширину колеи и другие параметры с привязкой к электронной GPS карте рельсового пути, и связывают их с данными последних проездов вагона-путеизмерителя. Одновременно, с помощью тензометрических колесных пар проводят определение величин боковых и вертикальных сил, их соотношение во взаимодействии подвижного состава и рельсового пути, а также отдельного колеса с рельсом, а с помощью тензометрических автосцепок определяют продольно-динамические силы в подвижном составе, оценивают опасные для движения порожних вагонов сечения рельсового пути и выполняют привязку их к профилю рельсового пути. На основе результатов измерения геометрических параметров рельсового пути и скорости движения подвижного состава оценивают вероятность схода вследствие вкатывания гребня колеса на рельс; определяют участки пути, на которых могут иметь место значения коэффициента запаса устойчивости против схода с рельсов ниже нормативных значений и вырабатывают рекомендации по текущему содержанию пути на таких участках.The specified technical result is achieved by the fact that using a diagnostic car equipped with strain gauge wheel sets (TKP), strain gauge couplers, measuring instruments, satellite navigation systems and wireless data transmission systems, which are installed in the freight train, determine the state of the rail track geometry: the radius of the curves, the position of the rail threads in plan and profile, the gauge and other parameters with reference to the electronic GPS map of the rail track, and associate them with the data the last passages of the track car. At the same time, with the help of tensometric wheel pairs, the values of lateral and vertical forces are determined, their ratio in the interaction of the rolling stock and the rail track, as well as a separate wheel with the rail, and longitudinal-dynamic forces in the rolling stock are determined using tensometric automatic couplings, hazardous movements are evaluated empty cars section of the rail track and perform their binding to the profile of the rail track. Based on the results of measuring the geometric parameters of the rail track and the speed of the rolling stock, the likelihood of vanishing due to the rolling of the wheel flange onto the rail is estimated; determine the sections of the track on which the values of the safety factor against derailment may occur below the standard values and develop recommendations on the current content of the track in such sections.

На фиг.1 представлен общий вид диагностического вагона с установленным технологическим оборудованием, вид сбоку, на фиг.2 - вид с торца по стрелке А на фиг.1 и на фиг.3 - вид сверху на фиг.1.Figure 1 presents a General view of a diagnostic car with installed technological equipment, side view, figure 2 is an end view along arrow A in figure 1 and figure 3 is a top view of figure 1.

Для реализации способа оценки состояния рельсового пути используется диагностический вагон 1 (фиг.1, 2 и 3), который оборудован системой бортовой регистрации 2, системой автономного питания 3 с системой подзарядки аккумуляторных батарей 4 и содержит не менее двух тензометрических колесных пар 5 с бесконтактной передачей регистрируемых данных с вращающейся оси 6. Тензометрическая колесная пара 5 выполнена на базе серийной колесной пары. На оси колесной пары установлен электронный блок 7, в котором смонтированы тензоусилители, логический контроллер, аккумулятор и передатчик, которые обеспечивают работу измерительных схем из тензорезисторов, смонтированных на внутренней части дисков правого и левого колеса, предварительную обработку сигналов и передачу данных с передатчика электронного блока 7 на приемник 8, установленный неподвижно на главной раме 9 диагностического вагона 1 и связанный с системой бортовой регистрации 2. Диагностический вагон 1 оборудован двумя тензометрическими автосцепками 10 регистрирующими продольные силы, возникающие в поезде в режимах тяги и торможения. Для усиления сигналов с измерительных схем тензометрических автосцепок 10 использованы тензоусилители 11, соединенные с системой бортовой регистрации 2.To implement the method for assessing the state of the rail track, a diagnostic car 1 is used (Figs. 1, 2, and 3), which is equipped with an on-board registration system 2, an autonomous power supply system 3 with a battery recharging system 4, and contains at least two tensometric wheel sets 5 with non-contact transmission recorded data from the rotating axis 6. Strain gauge wheelset 5 is made on the basis of serial wheelset. An electronic unit 7 is mounted on the axis of the wheelset, in which strain gauges, a logic controller, a battery and a transmitter are mounted, which ensure the operation of measuring circuits from strain gauges mounted on the inside of the discs of the right and left wheels, preliminary signal processing and data transmission from the transmitter of the electronic unit 7 on the receiver 8, mounted motionless on the main frame 9 of the diagnostic car 1 and connected to the on-board registration system 2. The diagnostic car 1 is equipped with two tensome -parameter automatic couplers 10 detects longitudinal forces occurring in the train in the traction and braking modes. To amplify the signals from the measuring circuits of strain gauge automatic couplings 10, strain gauges 11 connected to the on-board registration system 2 were used.

На главной раме 9 диагностического вагона 1 в зоне ходовых тележек 12 установлены акселерометры 13, 14 и 15, регистрирующие ускорения главной рамы 9 диагностического вагона 1 в вертикальном, продольном и поперечном направлениях и соединенные с системой бортовой регистрации 2. Ходовые тележки 12 диагностического вагона 1 оборудованы реохордными датчиками 16 и 17, позволяющими регистрировать перемещения букс 18 одной из тензометрических колесных пар 5 относительно главной рамы 9 диагностического вагона 1, а также реохордными датчиками 19 и 20, позволяющими регистрировать поворот передней и задней боковых рам тележки 12 по ходу движения диагностического вагона 1 относительно главной рамы 9 диагностического вагона 1. Диагностический вагон 1 оборудован антенной 21, системой спутниковой навигации 22, системой беспроводной передачи данных 23, встроенной в систему бортовой регистрации 2 и позволяющей привязывать маршрут движения диагностического вагона 1 к электронной GPS карте рельсового пути 24.Accelerometers 13, 14 and 15 are mounted on the main frame 9 of the diagnostic car 1 in the area of the running trolleys 12, which record the accelerations of the main frame 9 of the diagnostic car 1 in the vertical, longitudinal and transverse directions and connected to the onboard registration system 2. The running carriages 12 of the diagnostic car 1 are equipped with rheochordic sensors 16 and 17, allowing to register the movement of the axleboxes 18 of one of the tensometric wheel pairs 5 relative to the main frame 9 of the diagnostic car 1, as well as rheochordic sensors 19 and 20, I allow registering the rotation of the front and rear side frames of the trolley 12 along the direction of the diagnostic car 1 relative to the main frame 9 of the diagnostic car 1. The diagnostic car 1 is equipped with an antenna 21, a satellite navigation system 22, a wireless data transmission system 23, integrated in the on-board registration system 2 and allowing to tie the diagnostic car 1 travel route to the electronic GPS map of the rail 24.

Диагностический вагон 1 снабжен измерительными приборами привязки силовых факторов к профилю рельсового пути 24, которые установлены на буксе 18 диагностического вагона 1 и включают устройство формирования импульсов 25, закрепленное механическим способом на оси 6 тензометрической колесной пары 5 диагностического вагона 1, индуктивный датчик 26, закрепленный на стакане буксы 18, напротив устройства формирования импульсов 25 и позволяющий регистрировать импульсы при движении диагностического вагона 1, которые пропорциональны углу поворота колеса 27 тензометрической колесной пары 5 и пройденного рельсового пути 24, который содержит рельсы 28 и образует две рельсовые нити с шириной колеи L.Diagnostic car 1 is equipped with measuring instruments for linking power factors to the rail track profile 24, which are mounted on the axle box 18 of diagnostic car 1 and include a pulse shaping device 25, mechanically fixed on the axis 6 of the strain gauge wheel pair 5 of diagnostic car 1, an inductive sensor 26 mounted on the glass of the axle box 18, opposite the pulse shaping device 25 and allowing to register pulses during the movement of the diagnostic car 1, which are proportional to the ENA-27 strain gauge wheelset 5 and traversed the track 24 which comprises a rail 28 and rail forms two threads with Track width L.

Способ оценки состояния рельсового пути, заключающийся в том, что с применением диагностического вагона 1, оборудованного тензометрическими колесными парами 5 и измерительными приборами, который устанавливают в состав грузового поезда, определяют состояние геометрии рельсового пути 24, одновременно, с помощью тензометрических колесных пар 5 проводят определение величин вертикальных V и боковых Н сил взаимодействия колес 27 с рельсами 28, вычисляют коэффициент запаса устойчивости $K_{y} = \frac{V}{H}$

при взаимодействии подвижного состава и рельсового пути 24, а также сил взаимодействия отдельного колеса 27 с рельсом 28 и на основе результатов измерения геометрических параметров рельсового пути 24 и скорости движения подвижного состава оценивают вероятность схода вследствие вкатывания гребня колеса 27 на рельс 28; определяют участки рельсового пути 24, на которых могут иметь место значения коэффициентов запаса устойчивости колеса против схода с рельсов ниже нормативных значений и вырабатывают рекомендации по текущему содержанию рельсового пути 24 на таких участках; синхронно с вертикальными V и боковыми Н силами взаимодействия колес 27 с рельсами 28, диагностическим вагоном 1 регистрируют продольно-динамические силы подвижного состава, оценивают опасные для движения порожних вагонов сечения рельсового пути 24, а с помощью системы спутниковой навигации 22 и беспроводной передачи данных 23 привязывают маршрут движения диагностического вагона к электронной GPS карте рельсового пути 24, связывая их с данными последних проездов вагона-путеизмерителя.The method of assessing the condition of the rail track, which consists in the fact that using the diagnostic car 1 equipped with strain gauge wheel sets 5 and measuring instruments, which are installed in the freight train, determine the geometry of the rail track 24, at the same time, using strain gauge wheel pairs 5 determine values of vertical V and lateral N forces of interaction of the wheels 27 with the rails 28, calculate the safety factor

K_{y} = \frac{V}{H}

the interaction of the rolling stock and the rail 24, as well as the forces of interaction of the individual wheel 27 with the rail 28 and based on the measurement of the geometric parameters of the rail 24 and the speed of the rolling stock, evaluate the likelihood of descent due to the wheel flange 27 being rolled onto the rail 28; determine the sections of the rail track 24, on which the values of the safety margins of the wheel against derailment below the standard values may take place and develop recommendations on the current content of the rail track 24 in such sections; synchronously with the vertical V and lateral N forces of the interaction of the wheels 27 with the rails 28, the diagnostic car 1 registers the longitudinal-dynamic forces of the rolling stock, evaluates the sections of the rail track 24 that are dangerous for the movement of empty cars, and bind them using satellite navigation system 22 and wireless data transmission 23 the movement route of the diagnostic car to the electronic GPS map of the rail track 24, linking them with the data of the last passes of the tracker car.

При этом диагностический вагон 1, выполненный, например, на базе вагона-цистерны, устанавливают в состав грузового поезда приблизительно на 2/3 длины поезда с головы состава. При подготовке маршрута движения поезда со стационарного рабочего места оператора подают команду на перевод системы бортовой регистрации 2 из «отключенного» в рабочий режим, после чего включают все измерительные приборы.In this case, the diagnostic car 1, made, for example, on the basis of the tank car, is installed in the freight train for approximately 2/3 of the length of the train from the head of the train. When preparing the route of the train from the stationary workplace of the operator, a command is issued to transfer the on-board registration system 2 from “disconnected” to the operating mode, after which all measuring devices are turned on.

В начале движения поезда синхронно регистрируют следующие параметры:At the beginning of train movement, the following parameters are simultaneously recorded:

- вертикальные V и боковые Н силы взаимодействия колес 27 с рельсами 28; продольно-динамические силы, действующие в автосцепках 10 диагностического вагона 1 в режимах тяги и торможения, а также от продольного профиля рельсового пути 24; вертикальные, поперечные и продольные ускорения главной рамы 9 диагностического вагона 1; перемещения букс 18 правого и левого колес 27 тензометрических колесных пар 5 относительно главной рамы; поворот передней и задней тележек 12 относительно главной рамы 9 диагностического вагона 1 для установления более точных причин снижения K_y и более достоверного определения сечения пути с низким K_y.- vertical V and lateral N forces of interaction of the wheels 27 with the rails 28; longitudinally dynamic forces acting in automatic couplings 10 of diagnostic car 1 in traction and braking modes, as well as from the longitudinal profile of the rail track 24; vertical, lateral and longitudinal accelerations of the main frame 9 of the diagnostic car 1; moving the axleboxes 18 of the right and left wheels 27 of the tensometric wheel sets 5 relative to the main frame; rotation of the front and rear bogies 12 relative to the main frame 9 of the diagnostic car 1 to establish more accurate reasons for the decrease in K _y and more reliable determination of the cross section of the path with low K _y .

Все регистрируемые параметры записывают синхронно с привязкой к профилю пути грубо (около 10…15 м) с использованием системы спутниковой навигации 22 и точно с использованием измерительных приборов, установленных на буксе 18 колеса 27, включающей индуктивный датчик 26 и устройство формирования импульсов 25 (точность 1…2 м).All recorded parameters are recorded synchronously with reference to the track profile roughly (about 10 ... 15 m) using the satellite navigation system 22 and accurately using measuring instruments mounted on the axle box 18 of the wheel 27, including the inductive sensor 26 and the pulse shaping device 25 (accuracy 1 ... 2 m).

При обнаружении сечений пути с низкими значениями K_y выполняют анализ:If cross sections of the path with low values of K _y are detected, an analysis is performed:

- геометрических неровностей рельсовой колеи в данном сечении;- geometric irregularities of the rail gauge in this section;

- продольных сил, действующих в подвижном составе.- longitudinal forces acting in rolling stock.

При наличии значительных продольных сил возникают повышенные боковые силы Н. В этом случае, геометрические неровности пути не играют доминирующей роли при создании сходоопасной ситуации. В случае, когда наблюдается снижение K_y, при отсутствии продольных сил Р_прод.>50 тс, необходимо рассматривать как сходоопасное сечение, определяемое геометрией рельсовой колеи.In the presence of significant longitudinal forces, increased lateral forces of N. arise. In this case, geometric irregularities of the path do not play a dominant role in creating a similarly dangerous situation. In the case when there is a decrease in K _y , in the absence of longitudinal forces P _prod. > 50 tf, it is necessary to consider it as a cross-section, defined by the geometry of the rail track.

Учет синхронного действия продольных сил в поезде и сил взаимодействия колес 27 и рельсового пути 24 позволяет повысить точность определения причин увеличения боковых сил Н, играющих основную роль в снижении коэффициента запаса устойчивости K_y транспортного средства, повысить достоверность и эффективность оценки состояния рельсового пути 24.Taking into account the synchronous action of the longitudinal forces in the train and the forces of interaction of the wheels 27 and the rail track 24 allows to increase the accuracy of determining the reasons for the increase in the lateral forces H, which play the main role in reducing the safety factor K _y of the vehicle, to increase the reliability and efficiency of assessing the condition of the rail track 24.

Claims

1. The method of assessing the state of the rail track, which consists in the fact that using a diagnostic car equipped with strain gauge wheelsets and measuring instruments, which are installed in the freight train, determine the state of the geometry of the rail track, at the same time, using tensometric gauge wheels to determine the values of vertical V and lateral N forces of interaction of wheels with rails, calculate the safety factor

K_{y} = \frac{V}{H}

the interaction of the rolling stock and the rail track, as well as the forces of interaction of an individual wheel with the rail and based on the measurement of the geometric parameters of the rail track and the speed of the rolling stock, evaluate the likelihood of descent due to the rolling of the wheel flange onto the rail; determine the sections of the rail track, on which the values of the safety margins of the wheel against derailment below the standard values may take place, and develop recommendations for the current content of the rail track in such sections, characterized in that using tensometric wheel pairs and tensometric automatic couplings, synchronously with vertical V and lateral N forces of the interaction of the wheels with the rails, record the longitudinal-dynamic forces, vertical, transverse and longitudinal accelerations of the main frame of the diagnostic In order to establish more accurate reasons for the decrease in K _y and to more reliably determine the cross section of a track with a low K _y , using the satellite navigation system and wireless data transmission, the diagnostic car's travel route is connected to the GPS electronic map of the rail track, linking them with the data of the last carriage track gauge.

2. The method of assessing the condition of the rail track according to claim 1, characterized in that the rotation of the bogies relative to the main frame of the car, the movement of the axle box wheelset relative to the main frame by a displacement sensor, is recorded for a more accurate assessment of the cross-section of the rail dangerous for the movement of empty cars.