RU99786U1 - Путевая машина - Google Patents

Abstract

Путевая машина, содержащая опирающуюся на ходовые тележки раму, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, смонтированную на раме контрольно-измерительную систему, включающую имеющие возможность вертикального перемещения относительно рамы направляющие штанги, нижние концы которых опираются на ролики, установленные на рельсах железнодорожного пути, а также бортовой компьютер, хранящий информацию, полученную от датчиков контрольно-измерительной системы, отличающаяся тем, что в контрольно-измерительную систему дополнительно введены две мультиантенные системы навигации, каждая из которых закрепляется в верхней части направляющих штанг и состоит из ГЛОНАСС/GPS антенны с приемником, две бесплатформенные инерциальные навигационные системы, установленные на направляющих штангах под ГЛОНАСС/GPS антеннами с приемниками, при этом датчики контрольно-измерительной системы закреплены в нижней части направляющих штанг и представляют собой бесконтактные сканеры верхних и боковых внутренних граней головок рельсов, ГЛОНАСС/GPS антенны с приемниками, бесплатформенные инерциальные навигационные системы и датчики-сканеры соединены с бортовым компьютером через разъем, вдоль железнодорожного пути смонтирована сеть референцных станций с навигационным оборудованием, а бортовой компьютер и референцные станции дополнительно оснащены устройствами приема/передачи информации GSM/GPRS, 3G, 4G.

Description

Полезная модель относится к железнодорожному транспорту, а именно, к путевым машинам, предназначенным для контроля, измерения и выправки железнодорожного пути, и может быть использована для выявления истинного состояния пути по отношению к заданному состоянию в процессе ремонта и технического обслуживания железных дорог.

Для повышения эффективности работ при строительстве, ремонте и эксплуатации российских железных дорог необходимо реализовать передовые высокоэкономичные технологии, что, в свою очередь, требует создания машин нового поколения.

Анализ технологических процессов реконструкции железных дорог, сделанный на основании передового опыта ведущих европейских стран (Австрии, Германии, Франции и др.), показывает, что для реализации высокоэкономичных технологий при реконструкции и ремонте железных дорог необходимо базироваться на высокопроизводительных машинах нового поколения, способных за одно технологическое окно произвести контроль и измерение параметров железнодорожного пути, а также осуществить его выправку.

Известен целый ряд путевых машин, как отечественных, так и зарубежных, описанных в технической и патентной литературе. Однако, одни из них предназначены для контроля какого-то одного параметра, например, прямолинейности рельса [см. авт. свид. СССР №1470828, кл. Е01В 35/00, опубл. 1989 г.] или расстояния между рельсами [см. авт. свид. СССР №1641922, кл. Е01В 35/00, опубл. 1991 г.]. Другие машины контролируют целый комплекс параметров, так, например, известная машина [см. авт. свид. СССР №1671756, кл. Е01В 35/00, опубл. 1991 г.] предназначена для контроля отклонения рельсовых путей в продольном профиле, плане или по уровню. Известно также устройство, которое предназначено для определения пространственного положения рельсового пути [см. патент РФ 2026448, кл. Е01В 35/00, опубл. 1995 г.], устройство, предназначенное для определения неровностей на поверхности катания рельса [см. патент РФ 2035534, кл. Е01В 35/00, В61К 9/08, опубл. 1995 г.]. Таким образом, общим недостатком упомянутых выше аналогов является ограниченность их функциональных возможностей.

В качестве аналога предлагаемой полезной модели можно также рассмотреть машину нового поколения, разработанную австрийской фирмой «Плассер и Тойрер», [см. патент РФ. 2041308, кл. Е01В 29/04, 27/17, опубл. 1995 г.], запатентованную в России в 1992 году. Машина предназначена для выправки железнодорожного пути и состоит из рамы, опирающейся на ходовые тележки, ходового привода, мотора и кабины водителя. В области заднего конца машины находится приводимый приводами, перемещаемый по высоте и в боковом направлении подъемно-рихтовочный агрегат. Перед подъемно-рихтовочным агрегатом установлены два домкрата, служащие для опирания машины на основание пути. Сзади подъемно-рихтовочного агрегата находится измерительная тележка с рефлектором для отражения реперного светового луча, испускаемого ИК-передатчиком. В кабине водителя находится центральный блок управления (ЦБУ) и сиденье оператора. На находящемся позади машины выправленном участке пути находится теодолит с ИК-передатчиком или приемником и измерителем расстояния. Теодолит соединен с компьютером и ЦБУ. Таким образом, известная машина снабжена современной измерительной аппаратурой и является машиной нового поколения. Однако, она осуществляет только выправку железнодорожного пути, которой должны предшествовать сложные дорогостоящие работы по измерению и оценке истинного состояния пути. Эти работы проводятся во время измерительной поездки выправочной машины или специальной измерительной машины, что является существенным недостатком известной машины, не позволяющим произвести выправку железнодорожного пути за одно окно.

Наиболее близкой по своей технической сущности к предлагаемой полезной модели является машина ВПР 1200 [см. Машины и механизмы для путевого хозяйства: Учебник для техникумов ж.-д. трансп./ С.А.Соломонов, В.П.Хабапров и др., под редакцией С.А.Соломонова - 3-е изд., перераб. и доп. М.: Транспорт, 1984, с.267-282]. Машина предназначена для измерения и выправки пути в продольном профиле, по уровню и в плане (нивелировка пути), уплотнения балласта под шпалами и у торцов шпал при строительстве, всех видах ремонта и текущем содержании пути. Выбранная в качестве прототипа машина представляет собой самоходную железнодорожную единицу, к которой присоединена платформа. Рама машины опирается на две двухосные тележки. В двух кабинах машины оборудованы рабочие места машиниста и операторов, управляющих машиной. В передней кабине расположены контрольно-измерительные приборы. Устройство для записи состояния пути (бортовой компьютер) располагается в передней кабине или кабине машиниста (зависит от поставщиков программного обеспечения). Контрольно-измерительная система (КИС) машины осуществляет измерения отклонения пути в продольном профиле, по уровню и в плане и подает сигналы механизмам, управляющим выправкой пути и контролирующим его состояние. В соответствии с выполняемыми функциями КИС делится на три независимые системы: нивелировочную и рихтовочную измерительные системы и контрольную систему состояния пути. На машине применена тросовая трехточечная нивелировочная система с корректировкой передней точки. Система включает: нивелировочные тросы, нивелировочное устройство, контрольное устройство, измерительное устройство, в состав которого входят направляющие штанги, опирающиеся на рельсы, и маятник, с помощью которого контролируется положение пути по уровню в зоне выправки; а также датчики высоты, нивелировочный маятник, контрольный маятник, тележку с генератором лазера, фотоприемник и другое оборудование. Базой измерительной системы являются два нивелировочных троса, натянутых над каждым рельсом.

Известная путевая машина ВПР 1200 имеет важное достоинство, которое состоит в том, что она без предварительной измерительной поездки позволяет выправлять путь по проектным параметрам. Однако следует отметить целый ряд недостатков, из которых наиболее важными являются:

- качество выправки зависит от величины отклонения натурного положения пути от проектного, чем больше отклонение натурного положения от проектного положения пути, тем ниже качество выправки;

- проектные параметры пути рассчитываются в одной системе координат (прямолинейной), а построение программного задания и выправка производятся в другой системе координат (криволинейной), что так же негативно сказывается на качестве постановки пути в проектное положение;

- невозможность автоматической идентификации участка (только визуальная идентификация участка работ оператором);

- невозможность автоматического определения местоположения машины на участке работ, для сравнения фактического положения пути в пространстве с его эталонным положением;

- невозможность без участия оператора определить или выбрать из базы данных бортового компьютера эталонные характеристики участка;

- изменение эталонных характеристик участка (например, при повышении скорости движения поездов) требует внесения изменений в базы данных на всех бортовых компьютерах всех путевых машин, которые могут быть использованы при ремонтных работах на измененном участке;

- недостаточная точность определения пространственного положения прямых участков пути, ограниченная длинной измерительной хорды;

- невозможность определения дирекционных углов в точке начала и конца участка работ (начального и конечного направления пути).

Указанные недостатки существенно ограничивают функциональные возможности машины.

Задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства при одновременном повышении производительности, рациональности эксплуатации техники, а также высоком качестве выполняемых работ.

Для достижения этого технического результата предлагается путевая машина, которая, как и наиболее близкая к ней, выбранная в качестве прототипа, содержит опирающуюся на ходовые тележки раму, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, а также смонтированную на раме контрольно-измерительную систему, включающую направляющие штанги, имеющие возможность вертикального перемещения относительно рамы. Нижние концы направляющих штанг опираются на ролики, установленные на рельсах железнодорожного пути. Путевая машина оснащена также бортовым компьютером, хранящим информацию, полученную от датчиков контрольно-измерительной системы.

Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известной путевой машины, принятой за прототип, является то, что в контрольно-измерительную систему дополнительно введены две мультиантенные системы навигации, каждая из которых закрепляется в верхней части направляющих штанг и состоит из ГЛОНАСС/GPS антенны с приемником. Кроме того, на направляющих штангах под ГЛОНАСС/GPS антеннами с приемниками установлены две бесплатформенные инерциальные навигационные системы. В нижней части направляющих штанг закреплены датчики контрольно-измерительной системы, которые представляют собой бесконтактные сканеры верхних и боковых внутренних граней головок рельсов. ГЛОНАС/GPS антенны с приемниками, бесплатформенные инерциальные навигационные системы и датчики-сканеры соединены с бортовым компьютером через разъем. Вдоль железнодорожного пути смонтирована сеть референцных станций с навигационным оборудованием. Бортовой компьютер и референцные станции дополнительно оснащены устройствами приема/передачи информации GSM/GPRS, 3G, 4G.

Технический результат, достигнутый в предлагаемой полезной модели, получен за счет установки на путевой машине, оснащенной выправочно-рихтовочным оборудованием, вместо тросовой контрольно-измерительной системы (КИС) бестросовой бесконтактной КИС, состоящей из двух мультиантенных систем навигации, каждая из которых закрепляется в верхней части направляющих штанг и состоит из ГЛОИАСС/GPS антенны с приемником.

В состав КИС входят также датчики - сканеры, измеряющие положение точек железнодорожного пути (верхняя и внутренняя боковые грани головки рельса) относительно положения датчиков.

В состав КИС включены также две бесплатформенные инерциальные навигационные системы, установленные на направляющих штангах, служащие для сглаживания шумовых погрешностей координат, определенных спутниковыми приемниками, и определяющие углы отклонения направляющих штанг, на которых крепятся датчики-сканеры, от вертикальной оси ГЛОНАСС/GPS антенн с приемниками, установленных в верхней части направляющих штанг и служащих для определения их координат и взаимного положения.

Перечисленные выше существенные признаки, введенные в КИС (две мультиантенные системы, две бесплатформенные инерциальные навигационные системы и датчики-сканеры), существенно расширяют функциональные возможности путевой машины, выбранной в качестве прототипа, обеспечивая постановку пути в проектное положение в строго заданной системе координат по проектным параметрам. Кроме того, за счет наличия в системе устройств приема/передачи данных по беспроводным информационным сетям GSM/GPRS, 3G или 4G обеспечивается хранение всей информации о состоянии пути (проектные параметры и отклонения от них, названия участка и пикетаж, температура укладки, параметры контактной сети) в единой удаленной базе данных. Теперь вся информация, собираемая путеизмерительными вагонами, хранится в единой базе данных на удаленном сервере и передается любой выправочной и ремонтной технике в любое время и без участия оператора, в зависимости от координат положения техники на пути. Это означает, что передача информации об эталонных характеристиках пути, в отличие от прототипа, осуществляется не через дискеты или любые промежуточные устройства, а по беспроводным информационным сетям GSM/GPRS, 3G или 4G. Этот, еще один вновь введенный существенный признак, а именно: соединение бортового компьютера с удаленным сервером по беспроводным информационным сетям GSM/GPRS, 3G или 4G для получения информации из единой базы данных об эталонных параметрах пути, позволяет без измерительной поездки за одно технологическое окно выправить путь, провести отделочные работы и др. При этом позиционирование машины на пути осуществляется автоматически, в то время как в прототипе оператор вручную вводит точку начала измеренного участка, ориентируясь по специальным меткам на шпалах, специальным пикетным столбикам или опорам контактной сети. Кроме определения пространственного положения путевой машины предлагаемая полезная модель с помощью новой контрольно-измерительной системы позволяет определять положение пути относительно положения путевой машины, а значит, определять координаты пути в точке его выправки, что, в свою очередь, позволяет устанавливать путь в эталонное положение без предварительного измерения и расчета. В результате, при повышении производительности работ, рациональности эксплуатации техники повышается и качество выполняемых работ.

Важным существенным признаком является также размещение вдоль железнодорожного пути сети референцных станций (с известными координатами). Референцные станции оснащены навигационным оборудованием и устройством приема/передачи информации GSM/GPRS, 3G, 4G. В процессе работы они получают координаты своего местоположения от спутников ГЛОНАСС/GPS, вычисляют погрешность измерения в сравнении с известными координатами станции и передают с помощью устройства приема/передачи информации по каналам GSM/GPRS, 3G или 4G в бортовой компьютер поправки на измерения от мультиантенных систем навигации. Это обеспечивает повышение качества выполняемых работ, способствуя тем самым выполнению поставленных задач. Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.

Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - предлагаемая путевая машина (общий вид);

на фиг.2 - представлена схема, иллюстрирующая расположение элементов контрольно-измерительной системы, установленной на путевой машине;

на фиг.3 - представлена схема получения координат от спутниковых систем ГЛОНАС/GPS.

Ниже описан конкретный пример реализации предлагаемой путевой машины с новой контрольно-измерительной системой.

Путевая машина (см. фиг.1, 2) состоит из рамы 1, опирающейся на ходовые тележки 2, 3. На раме 1 путевой машины установлено выправочно-рихтовочное оборудование 4, а также смонтирована контрольно-измерительная система, в состав которой входят две направляющие штанги 5, 6, имеющие заранее рассчитанную длину. Направляющие штанги 5, 6 имеют возможность вертикального перемещения относительно рамы 1 путевой машины. Нижние концы направляющих штанг 5, 6 опираются на ролики 7, 8, установленные на рельсах 9, 10 железнодорожного пути. Контрольно-измерительная система содержит две мультиантенные системы навигации, каждая из которых закрепляется в верхней части направляющих штанг 5, 6 и состоит из ГЛОНАСС/GPS антенны 11, 12 с приемником 13, 14. В состав контрольно-измерительной системы входят две бесплатформенные инерциальные навигационные системы 15, 16, установленные на направляющих штангах 5, 6 под ГЛОНАСС/GPS антеннами 11, 12 с приемниками 13, 14. Системы 15, 16 определяют отклонение направляющих штанг 5, 6, имеющих заранее рассчитанную длину, от вертикали. В нижней части каждой из направляющих штанг 5, 6 на заданном расстоянии от мультиантенных систем навигации, с внутренней стороны пути выше головки рельс 9, 10 закрепляются бесконтактные датчики-сканеры 14 и 15 (соответственно, для левого и правого рельса). В кабине 19 оператора установлен бортовой компьютер 20, хранящий и обрабатывающий в реальном масштабе времени информацию от контрольно-измерительной системы. ГЛОНАСС/GPS антенны 11, 12 с приемниками 13, 14, бесплатформенные инерциальные навигационные системы 15, 16 и датчики-сканеры 17, 18 соединены с бортовым компьютером 20 через разъем (на фиг. не показан). Связь бортового компьютера 20 с удаленными устройствами, расположенными вне базы машины, обеспечивается с помощью устройства 21 приема/передачи информации GSM/GPRS, 3G, 4G или GSMR. К удаленным устройствам следует отнести такие устройства, как удаленный сервер с единой базой данных пути, расположенные вдоль железнодорожного пути (см. фиг.3) референцные станции 22 с навигационным оборудованием, получающие координаты своего местоположения от спутников ГЛОНАСС/GPS 23, 24, 25. Референцные станции 22 вычисляют погрешность измерения в сравнении с известными координатами референцией станции и передают с помощью устройства приема/передачи информации GSM/GPRS, 3G, 4G или GSMR по каналам GSM/GPRS, 3G, 4G или GSMR соответственно в бортовой компьютер 20 поправки на измерения от мультиантенных систем навигации.

В заявляемой полезной модели в качестве мультиантенных систем навигации могут быть использованы, например, мультиантенные системы навигации ГЛОНАСС/GPS, производства ООО «Радио Комплекс» (Россия). В качестве бесплатформенных инерциальных навигационных систем могут использоваться бесплатформенные инерциальные навигационные системы, выпускаемые, как отечественными производителями, например, ООО «ТеКнол» (Россия), ФГУП ЦНИИмаш (Россия), так и зарубежными, например, компания «iMAR GmbH» (Германия). Оборудование референцных станций поставляется на российский рынок компанией «Trimble», США, компанией «Leica», Германия, а также японской фирмой «TOPCON CORPORATION». Датчики-сканеры, необходимые для заявляемой полезной модели, производятся компанией «KLD Labs» (США).

Монтаж контрольно-измерительной системы осуществляется следующим образом (см. фиг.2).

В верхние части направляющих штанг 5, 6, опирающихся на ролики 7, 8, движущиеся по рельсам 9, 10 железнодорожного пути, устанавливаются мультиантенные системы навигации (соответственно для левого и правого рельса). Под мультиантенными системами навигации на направляющих штангах 5, 6 известной длины устанавливаются бесплатформенные инерциальные навигационные системы 15 и 16, определяющие отклонение направляющих штанг 5, 6 от вертикали. В нижние части направляющих штанг 5 и 6, на заданном расстоянии от мультиантенных систем навигации с внутренней стороны пути выше головок рельс 9 и 10 устанавливаются бесконтактные датчики-сканеры 17 и 18 (соответственно, для левого и правого рельса).

Работа контрольно-измерительной системы путевой машины заключается в следующем.

При движении путевой машины по железнодорожному пути мультиантенные системы навигации (см. фиг.2) непрерывно определяют свои координаты относительно положения спутников ГЛОНАСС/GPS 23, 24 и 25 и передают их в бортовой компьютер 20 (см. фиг.1). Бортовой компьютер 20, непрерывно получая поправки от навигационного оборудования референцных станций 22 по беспроводным каналам связи GSM/GPRS, 3G, 4G или GSMR, вычисляет истинные координаты мультиантенных систем навигации. Бесплатформенные инерциальные навигационные системы 15 и 16 непрерывно определяют утлы наклона направляющих штанг 5 и 6, определяя их перемещения, и передают их в бортовой компьютер 20. Бесконтактные датчики-сканеры 17 и 18 непрерывно сканируют головки рельсов 9 и 10 и определяют расстояния от датчиков-сканеров 17 и 18 до верхней и внутренней боковых граней головок рельсов 9 и 10. Информация от датчиков-сканеров 17 и 18 поступает в бортовой компьютер 20. Получив всю информацию от датчиков-сканеров 17 и 18, бортовой компьютер 20 пересчитывает координаты головок рельсов 9, 10 относительно мультиантенных систем навигации, вносит поправки в их показания от бесплатформенных инерциальных навигационных систем 15, 16, получая, таким образом, истинные координаты пути. Сравнивая полученные координаты пути с эталонными, на выправочно-рихтовочное оборудование 4 бортовым компьютером 20 подается сигнал на перемещение пути. Сдвиг пути происходит до тех пор, пока координаты пути не сравняются с эталонными координатами пути.

Таким образом, предлагаемая полезная модель путем переоборудования любой путевой машины позволяет сделать из нее машину нового поколения, позволяющую содержать железнодорожный путь в проектных параметрах, иметь возможность всегда определять свое местоположение и производить выправку пути в любой точке, не привязываясь к контрольным меткам участка. Кроме того, предлагаемая полезная модель позволяет с высокой точностью производить выправку пути, как на прямых, так и на кривых участках, по одной схеме выправки. Машина многофункциональна, высокопроизводительна, позволяет рационально эксплуатировать технику при высоком качестве выполняемых работ.

Claims (1)

1. Путевая машина, содержащая опирающуюся на ходовые тележки раму, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, смонтированную на раме контрольно-измерительную систему, включающую имеющие возможность вертикального перемещения относительно рамы направляющие штанги, нижние концы которых опираются на ролики, установленные на рельсах железнодорожного пути, а также бортовой компьютер, хранящий информацию, полученную от датчиков контрольно-измерительной системы, отличающаяся тем, что в контрольно-измерительную систему дополнительно введены две мультиантенные системы навигации, каждая из которых закрепляется в верхней части направляющих штанг и состоит из ГЛОНАСС/GPS антенны с приемником, две бесплатформенные инерциальные навигационные системы, установленные на направляющих штангах под ГЛОНАСС/GPS антеннами с приемниками, при этом датчики контрольно-измерительной системы закреплены в нижней части направляющих штанг и представляют собой бесконтактные сканеры верхних и боковых внутренних граней головок рельсов, ГЛОНАСС/GPS антенны с приемниками, бесплатформенные инерциальные навигационные системы и датчики-сканеры соединены с бортовым компьютером через разъем, вдоль железнодорожного пути смонтирована сеть референцных станций с навигационным оборудованием, а бортовой компьютер и референцные станции дополнительно оснащены устройствами приема/передачи информации GSM/GPRS, 3G, 4G.