RU2636200C2

RU2636200C2 - Method for automatic monitoring of state of rail bars of continuous welded rail track and system therefor

Info

Publication number: RU2636200C2
Application number: RU2015157281A
Authority: RU
Inventors: Денис Алексеевич Калюжин
Original assignee: Новосибирская городская общественная организация "Центр развития и внедрения новых технологий"
Priority date: 2015-12-30
Filing date: 2015-12-30
Publication date: 2017-11-21
Also published as: RU2015157281A

Abstract

FIELD: physics, measurement technology.SUBSTANCE: invention relates to inspection technology and can be used to inspect railway tracks. The method for automatic monitoring of the state of rail bars of a continuous welded rail track includes placing and fixing at a given point of a rail track a set of markers, detecting the position of the markers with a sensor installed on a vehicle moving on the rail track, sending the detection results to a pre-processing device, processing the obtained results in the pre-processing device and sending the pre-processed information to a server device for final processing, analysis and storage. The set comprises at least three magnetic markers. One of the magnetic markers of the set is placed and fixed directly on a beacon sleeper and the rest on two sides thereof at a distance of at least 0.8 m at the rail base. Detection is carried out using a magnetic field sensor, and detection results are processed using software which enables to determine mutual arrangement of the markers in the set. Also disclosed is a system for implementing said method for automatic monitoring of the state of rail bars of a continuous welded rail track.EFFECT: providing automatic high-precision monitoring of longitudinal-transverse deformations of rail bars on a section of a main railway line, independent of weather conditions.2 cl, 1 dwg

Description

Настоящая группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для контроля железнодорожного пути, в частности для измерения величины относительных перемещений участков рельсовых плетей бесстыкового пути при воздействии на них поездной нагрузки и температуры.The present group of inventions relates to measuring technology and can be used to control the railway track, in particular to measure the magnitude of the relative displacements of the sections of the rail lashes of the jointless track when exposed to train load and temperature.

На железных дорогах (в основном) применяются бесстыковые (сварные) рельсы с длиной от нескольких сотен метров до километров. Основной проблемой при использовании таких путей является их температурное напряжение. Летом с повышением температуры рельсов и зимой при понижении температур по сравнению с температурой закрепления рельсов возникают напряжения рельсов, которые могут приводить к «угону рельсовых плетей», т.е. к такому изменению их геометрии, которое может повлечь катастрофические последствия для железнодорожного транспорта. Для решения этой проблемы необходим постоянный и информативный способ контроля напряженного состояния бесстыкового рельсового пути.On railways (mostly), jointless (welded) rails with a length of several hundred meters to kilometers are used. The main problem when using such paths is their temperature stress. In summer, with an increase in the temperature of the rails and in winter with a decrease in temperature compared with the temperature of the rails fastening, rail stresses arise that can lead to “theft of rail lashes”, i.e. to such a change in their geometry, which could lead to disastrous consequences for rail transport. To solve this problem, a constant and informative way of controlling the stress state of the jointless track is required.

Известны способы диагностики состояния рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути и системы для их реализации (см., например, патенты: RU 150721, МПК В61K 9/08, опубл. 20.02.2015 г.; RU 2521095, МПК В61K 9/08, опубл. 27.06.2014 г.; RU 2474505, МПК В61K 9/08, опубл. 10.02.2013 г.; RU 143958, МПК В61K 9/08, опубл. 10.08.2014 г.; BR 102013019072, МПК В61К 9/08, опубл. 10.11.2015 г.), в которых диагностика параметров состояния рельсовых плетей осуществляется с помощью движущихся по ним специальных транспортных средств, содержащих устройства дефектоскопии, измерения неровностей, видеонаблюдения рельсов и т.п., а также устройства обработки получаемой информации и средства ее передачи в общие базы данных.Known methods for diagnosing the condition of rail lashes of a jointless railway and systems for their implementation (see, for example, patents: RU 150721, IPC B61K 9/08, publ. 02/20/2015; RU 2521095, IPC B61K 9/08, publ. 06/27/2014; RU 2474505, IPC B61K 9/08, published 02/10/2013; RU 143958, IPC B61K 9/08, published 08/10/2014; BR 102013019072, IPC V61K 9/08, published November 10, 2015), in which the diagnosis of the state parameters of rail lashes is carried out using special vehicles moving along them, containing flaw detection devices, measuring bumps, video surveillance of rails, etc., and also devices for processing received information and means for transmitting it to common databases.

Основными недостатками известных способов и обеспечивающих их осуществление систем, в общем случае, являются их сложность, а также невозможность контроля состояния рельсовых путей с необходимой периодичностью, обусловленная тем, что их использование требует нарушения графика движения по действующим железным дорогам.The main disadvantages of the known methods and the systems ensuring their implementation, in general, are their complexity, as well as the impossibility of monitoring the condition of rail tracks with the necessary frequency, due to the fact that their use requires violation of the schedule on existing railways.

Известны система мониторинга напряжений для железных дорог (см. патент RU 2441788, МПК В61K 9/08, опубл. 10.02.2012 г.), включающая модуль чувствительных элементов, содержащий по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью установления прямо на рельсовом звене; плоскую прокладку, имеющую по меньшей мере один чувствительный элемент, установленный на ней; по меньшей мере один модуль сбора данных, находящийся на связи по меньшей мере с одним датчиком, и модуль обработки данных, принимающий и обрабатывающий информацию, собираемую по меньшей мере одним модулем сбора данных, чтобы определять напряжение рельса.A known system for monitoring stresses for railways (see patent RU 2441788, IPC B61K 9/08, publ. 02/10/2012), including a module of sensitive elements, comprising at least one sensor configured to be installed directly on the rail link; a flat gasket having at least one sensing element mounted on it; at least one data acquisition module in communication with the at least one sensor, and a data processing module receiving and processing information collected by the at least one data acquisition module to determine rail voltage.

Основными недостатками известной системы являются низкая технологичность ее использования, обусловленная высокими требованиями к порядку закрепления модуля чувствительных элементов на рельсовом полотне, а также невозможность работы элементов системы (включая в первую очередь модуль чувствительных элементов) без подключения к ним электропитания.The main disadvantages of the known system are the low adaptability of its use, due to the high requirements for the order of fixing the module of sensitive elements on the rail track, as well as the inability to work system elements (including primarily the module of sensitive elements) without connecting power to them.

Известны способ контроля пространственного положения железнодорожного пути и система, его реализующая (см. патент RU 2556740, МПК В61K 9/08, Е01B 35/00, G01B 11/26, опубл. 20.07.2015 г.), принятые в качестве прототипа.A known method of controlling the spatial position of the railway track and the system that implements it (see patent RU 2556740, IPC B61K 9/08, E01B 35/00, G01B 11/26, published on 07.20.2015), adopted as a prototype.

Известная система состоит из установленных на транспортном средстве блока обработки и управления и фотоприемного блока, содержащего две приемно-анализирующие системы, состоящие из объектива и позиционно-чувствительного приемника оптического излучения, датчик угла наклона, выход которого соединен со входом блока обработки и управления, и осветительный модуль, соединенный с блоком обработки и управления, а также установленной на конструкциях, вынесенных за пределы рельсового пути, реперной марки, содержащей массив контрольных элементов.The known system consists of a processing and control unit and a photodetector unit mounted on a vehicle, comprising two receiving and analyzing systems consisting of a lens and a position-sensitive receiver of optical radiation, an angle sensor, the output of which is connected to the input of the processing and control unit, and a lighting a module connected to the processing and control unit, as well as to the reference mark containing an array of control elements mounted on structures outside the rail track in.

Способ контроля пространственного положения железнодорожного пути, осуществляемый с помощью известной системы, включает получение изображений пространства, прилегающего к пути, детектирование реперной марки на полученных изображениях, определение координат каждого контрольного элемента из массива на реперной марке, определение величин смещений каждого контрольного элемента относительно базовой точки приборной системы координат в вертикальном, продольном и поперечном направлениях, измерение угла поворота вокруг поперечной оси, корректировку полученных величин смещений с учетом измеренного угла, а также определение угла поворота реперной марки вокруг вертикальной и продольной осей и дополнительную корректировку полученных величин смещений с учетом полученных значений углов поворота.A method for controlling the spatial position of a railway track, carried out using a known system, includes obtaining images of the space adjacent to the track, detecting a reference mark on the obtained images, determining the coordinates of each control element from the array on the reference mark, determining the offset values of each control element relative to the instrument base point coordinate systems in vertical, longitudinal and transverse directions, measurement of the angle of rotation around the transverse axis, to rrektirovku obtained values of the measurement displacement angle, and determining the rotation angle of the reference marks on the vertical and longitudinal axes and the further adjustment of the values obtained with the displacements obtained rotation values.

Основными недостатками известного способа контроля и, соответственно, системы для его реализации, являются невозможность его применимости при плохих погодных условиях (когда визуализация контрольных элементов затруднена или отсутствует, например, в тумане, при сильном снеге или дожде и т.п.), а также невозможность определения с его помощью деформаций рельсового полотна.The main disadvantages of the known control method and, accordingly, the system for its implementation are the impossibility of its applicability in bad weather conditions (when the visualization of control elements is difficult or absent, for example, in fog, in heavy snow or rain, etc.), as well the impossibility of determining with its help deformations of the rail track.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является разработка системы, с помощью которой возможно простое и надежное осуществление контроля состояния рельсовых плетей бесстыкового пути.The task to which the claimed group of inventions is directed is to develop a system by which simple and reliable monitoring of the state of rail lashes of a welded jointless path is possible.

Технический результат группы изобретений заключается в обеспечении автоматического высокоточного контроля продольно-поперечных деформаций рельсовых плетей на отрезке железнодорожной магистрали, не зависящего от погодных условий.The technical result of the group of inventions is to provide automatic high-precision control of longitudinal and transverse deformations of rail lashes on a section of a railway line, independent of weather conditions.

Технический результат достигается за счет того, что способ автоматического контроля состояния рельсовых плетей бесстыкового пути включает размещение и фиксацию в заданном месте рельсового пути комплекта меток, детектирование положения меток датчиком, установленным на транспортном средстве, перемещающемся по рельсовому пути, передачу результатов детектирования в устройство предварительной обработки (УПО), обработку получаемых результатов в УПО и передачу предварительно обработанной информации на серверное устройство для конечной обработки, анализа и сохранения, причем комплект содержит не менее трех магнитных меток, при этом одну из магнитных меток комплекта размещают и фиксируют непосредственно на маячной шпале, а остальные - с двух сторон от нее на расстоянии не менее 0,8 м на подошве рельса, детектирование осуществляют датчиком магнитного поля, а обработку результатов детектирования осуществляют при помощи программного обеспечения, обеспечивающего определение взаимного расположения меток в комплекте.The technical result is achieved due to the fact that the method for automatically monitoring the state of the rail lashes of the welded jointless track includes placing and fixing a set of marks in a given place on the rail, detecting the position of the marks with a sensor mounted on a vehicle moving along the rail, transmitting the detection results to the pre-processing device (UPR), processing the results in the UPR and transferring pre-processed information to the server device for the final processing, analysis and storage, and the set contains at least three magnetic marks, while one of the magnetic marks of the set is placed and fixed directly on the lighthouse, and the rest on both sides of it at a distance of not less than 0.8 m from the bottom of the rail, detection is carried out by a magnetic field sensor, and processing of the detection results is carried out using software that provides for the determination of the relative position of the marks in the set.

Также технический результат достигается за счет того, что система для реализации способа автоматического контроля состояния рельсовых плетей бесстыкового пути включает не менее одного комплекта меток, размещенных и зафиксированных в заданном месте рельсового пути, установленные на транспортном средстве, имеющем возможность перемещения по рельсовому пути, датчик и УПО, выполненные с возможностью передачи данных от датчика в УПО, и серверное устройство, выполненное с возможностью обработки, анализа и хранения информации и соединенное каналом связи от УПО, при этом количество меток в комплекте не менее трех, метки являются магнитными, датчик является датчиком магнитного поля, а серверное устройство содержит программное обеспечение, обеспечивающее определение взаимного расположения меток в комплекте.Also, the technical result is achieved due to the fact that the system for implementing the automatic control of the state of the rail lashes of the welded jointless track includes at least one set of marks placed and fixed in a predetermined place of the rail mounted on a vehicle having the ability to move along the rail, a sensor and UPR, configured to transmit data from the sensor to the UPR, and a server device configured to process, analyze and store information and connected anal connection of the UPR, with the number of tags in the set of at least three marks are magnetic sensor is a magnetic field sensor, and the server device includes software that provides the definition of the mutual arrangement of tags in the set.

Заявляемая группа изобретений поясняется чертежом, на котором схематически изображена система для реализации способа автоматического контроля состояния рельсовых плетей бесстыкового пути.The claimed group of inventions is illustrated by the drawing, which schematically depicts a system for implementing a method for automatically monitoring the state of rail lashes of a welded jointless path.

Система для реализации способа автоматического контроля состояния рельсовых плетей бесстыкового пути содержит магнитную метку 1, установленную и закрепленную на «маячной» шпале 2, магнитные метки 3, установленные и закрепленные на подошве рельса 4 с разных сторон относительно метки 1, соединенные между собой датчик 5 магнитного поля и УПО 6, установленные на транспортном средстве 7, серверное устройство 8, соединенное каналом связи 9 с УПО 6.A system for implementing a method for automatically monitoring the state of rail lashes of a welded jointless track comprises a magnetic mark 1 mounted and fixed on a “beacon” railroad tie 2, magnetic marks 3 mounted and fixed on the sole of the rail 4 from different sides relative to the mark 1, interconnected by a magnetic sensor 5 fields and UPR 6 installed on the vehicle 7, the server device 8, connected by a communication channel 9 with the UPR 6.

Реализация заявляемого способа с помощью заявляемой системы осуществляется следующим образом.The implementation of the proposed method using the proposed system is as follows.

Магнитную метку 1 устанавливают и жестко закрепляют на «маячной» шпале 2. В тексте описания термин «маячная» шпала означает специально обустроенную шпалу, используемую для контроля продольных подвижек рельсовой плети, «развязанную» относительно рельсовых нитей. Закрепление магнитной метки 1 возможно различными способами вплоть до помещения ее непосредственно в самой маячной шпале 2. Затем устанавливают и закрепляют (например, при помощи сварки, клея или иным способом) магнитные метки 3 на подошве (с нижней стороны) рельса 4 с разных сторон от маячной шпалы 2 с закрепленной на ней меткой 1. При этом расстояние от метки 1 до любой из меток 3 должно составлять не менее 0,8 м (для четкой идентификации сигналов, получаемых от каждой из меток датчиком 5). Начальное взаимное расположение меток 1 и 3 между собой в каждом из устанавливаемых комплектов измеряется и вносится в память серверного устройства 8 в качестве базового, в привязке к местоположению данного комплекта. В общем случае возможна установка комплектов магнитных меток 1 и 3 в районах маячных шпал 2 на всем протяжении железных дорог России. Поскольку магнитные метки 1 и 3 являются пассивными, то есть не излучают каких-либо сигналов, для их функционирования не требуется электропитание, и, будучи установленными один раз, они имеют неограниченный срок эксплуатации.The magnetic mark 1 is installed and rigidly fixed on the “lighthouse” railroad tie 2. In the text of the description, the term “lighthouse” railway railroad rail means a specially equipped railroad rail used to control the longitudinal movements of the rail lash, “untied” relative to the rail threads. The magnetic mark 1 can be fixed in various ways, right up to placing it directly in the beacon sleepers 2. Then, magnetic labels 3 are mounted and fixed (for example, by welding, glue or in another way) on the sole (bottom side) of the rail 4 from different sides from beacon sleepers 2 with the mark 1 fixed on it. At the same time, the distance from mark 1 to any of marks 3 should be at least 0.8 m (for clear identification of signals received from each of the marks by sensor 5). The initial mutual arrangement of marks 1 and 3 among themselves in each of the installed sets is measured and entered into the memory of the server device 8 as the base, in relation to the location of this set. In general, it is possible to install sets of magnetic marks 1 and 3 in the areas of lighthouse sleepers 2 along the entire length of Russian railways. Since magnetic tags 1 and 3 are passive, that is, they do not emit any signals, their operation does not require power supply, and, once installed, they have an unlimited service life.

На транспортное средство 7, способное перемещаться по рельсам, устанавливают датчик 5 магнитного поля и устройство 6 предварительной обработки. Оборудовать данными элементами заявляемой системы можно любые стандартные транспортные средства: пригородные электропоезда, пассажирские поезда дальнего следования, грузовые составы и т.д.On the vehicle 7, capable of moving on rails, a magnetic field sensor 5 and a pretreatment device 6 are installed. Any standard vehicles can be equipped with these elements of the claimed system: commuter electric trains, long-distance passenger trains, freight trains, etc.

Транспортное средство 7, перемещаясь по рельсовому пути, периодически проходит над местами установки комплектов магнитных меток. Включенный датчик 5 магнитного поля постоянно сканирует рельсовый путь и детектирует метки 1 и 3, проходя над ними, поскольку они имеют гораздо более высокую намагниченность, чем само рельсовое полотно или другие элементы железной дороги, магнитное поле которых является фоновым. Датчик 5 магнитного поля может иметь возможность калибровки и обнуления фонового сигнала в режиме реального времени.The vehicle 7, moving along the rail track, periodically passes over the places of installation of sets of magnetic marks. The included magnetic field sensor 5 constantly scans the rail track and detects marks 1 and 3, passing above them, since they have a much higher magnetization than the rail track itself or other elements of the railway, the magnetic field of which is background. The magnetic field sensor 5 may be able to calibrate and zero the background signal in real time.

Детектированные датчиком 5 сигналы от меток 1 и 3 передаются по каналу связи в УПО 6, где обрабатываются с помощью установленного программного обеспечения. Результатом обработки является определение фактического взаимного расположения меток в данный момент времени.The signals detected by the sensor 5 from tags 1 and 3 are transmitted via the communication channel to the UPR 6, where they are processed using the installed software. The result of the processing is the determination of the actual relative position of the marks at a given time.

Далее обработанные данные по каналу связи 9 поступают на серверное устройство 8, где при необходимости производится их окончательная обработка, дополнительно уточняющая взаимное расположение меток 1 и 3, анализ изменений расположения меток относительно их базового расположения, принятие решений о необходимости обслуживающих мероприятий на определенных участках по результатам анализа, и сохранение полученных данных на серверном устройстве 8.Further, the processed data via the communication channel 9 is sent to the server device 8, where it is finally processed if necessary, further clarifying the relative position of the marks 1 and 3, analyzing the changes in the location of the marks relative to their base location, making decisions about the need for maintenance measures in certain areas according to the results analysis, and storing the received data on the server device 8.

Серверные устройства 8 могут быть автономными и обслуживать определенные участки железнодорожной сети, либо быть объединенными в сеть с общим центром управления содержания инфраструктуры ж/д дорог. Каждое УПО 6 может быть снабжено объемом оперативной памяти, достаточным для хранения объема полученной и обработанной информации в периоды, когда транспортное средство 7 находится на участках железнодорожной сети, где отсутствует устойчивая связь между УПО 6 и серверным устройством 8.Server devices 8 can be autonomous and serve certain sections of the railway network, or be networked with a common control center for the maintenance of railway infrastructure. Each UPR 6 may be equipped with a RAM sufficient to store the amount of received and processed information during periods when the vehicle 7 is located on sections of the railway network where there is no stable communication between the UPR 6 and the server device 8.

Проведенные тестовые испытания системы показали, что заявляемый способ обеспечивает точность измерения продольно-поперечных деформаций рельсовых плетей в режиме реального времени не менее 1 мм при скорости передвижения локомотива с установленными на нем элементами заявляемой системы в диапазоне от 10 до 100 км/ч. Временные промежутки контроля состояния рельсовых плетей могут быть не более 1 часа, при условии оснащения всех тяговых транспортных средств в ж/д системе, датчиками магнитного контроля и УПО, а сети железных дорог комплектами магнитных меток.Test tests of the system showed that the inventive method provides an accuracy of measuring longitudinal and transverse deformations of rail lashes in real time at least 1 mm at a locomotive speed with elements of the inventive system installed on it in the range from 10 to 100 km / h. The time intervals for monitoring the condition of rail lashes can be no more than 1 hour, provided that all traction vehicles in the railway system are equipped with magnetic control and UPR sensors, and the railway network with magnetic tag sets.

Заявляемые способ автоматического контроля состояния рельсовых плетей бесстыкового пути и система для его реализации позволяют с высокой точностью в режиме реального времени измерять, обрабатывать и передавать в центр управления содержанием инфраструктуры параметров подвижек рельсовых плетей на оборудованных участках ж/д пути. Кроме того, система является вандалоустойчивой, имеет простую конструкцию, надежна и технологична в применении.The inventive method for automatic monitoring of the state of rail lashes of the welded jointless track and a system for its implementation make it possible to measure, process and transmit to the control center of the infrastructure content of the parameters of rail lashes on equipped sections of the railway track with high accuracy in real time. In addition, the system is vandal resistant, has a simple design, reliable and technologically advanced in use.

Claims

1. A method for automatically monitoring the state of rail lashes of a welded jointless track, including placing and fixing a set of marks in a given place on the rail, detecting the position of the marks with a sensor mounted on a vehicle moving along the rail, transmitting the detection results to a preprocessing device (UPR), processing the results obtained in the UPR and the transfer of pre-processed information to the server device for final processing, analysis and storage, differing in those m, that the set contains at least three magnetic marks, while one of the magnetic marks of the set is placed and fixed directly on the lighthouse, and the rest from both sides of it at a distance of not less than 0.8 m at the bottom of the rail, detection is carried out by a magnetic sensor fields, and the processing of detection results is carried out using software that provides the determination of the relative position of the labels in the set.

2. A system for implementing a method for automatically monitoring the state of rail lashes of a welded jointless track, including at least one set of marks placed and fixed in a predetermined place of the rail mounted on a vehicle having the ability to move along the rail, a sensor and UPR configured to transmit data from the sensor in the UPR, and a server device configured to process, analyze and store information and connected by a communication channel from the UPR, characterized in that the number There are at least three tags in the set, the tags are magnetic, the sensor is a magnetic field sensor, and the server device contains software that allows you to determine the relative position of the tags in the kit.