SK104399A3 - Installation for the automatic evaluation of the rolling band on wheels of moving trains - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka oblasti inštalácie pre automatické vyhodnocovanie stavu rolujúcej obruče na kolesách pohybujúcich sa vlakov, hlavne kvôli odhaleniu trhlín na uvedenej rolujúcej obruči, ktorá využíva ultrazvuk pre ultrazvukové vyhodnotenie stavu kolies počas ich prechodu ponad snímače nainštalované na dráhe.

Doterajší stav techniky

Doteraz známa technológia sa už meraním určitých parametrov kolesa železničného vozňa zaoberala. Teda, v EP-A-0751 371 sa popisuje inštalácia a postup merania takých parametrov akými sú hrúbka a výška kolesovej príruby, priemer kolesa a vzdialenosť medzi vnútornými plochami kolies namontovanými nad tou istou nápravou voza, pričom meranie sa uskutočňuje pri manévrovacej rýchlosti železničného vozňa. Ďalší príklad je možno nájsť v US-A4 86ž 642, kde sa priemery kolesa železničného vozňa získavajú výpočtom z údajov získaných zo simultánne vytvorených dvoch značkovacích bodov na povrchu rolujúcej obruči a z údajov reprezentujúcich známu fixnú pozíciu značkovacích zdrojov a snímačov. Podobne sa v US-A-4 798 964 opisuje spôsob a zariadenie na meranie kvality rolujúcej obruče kolies železničných vozňov bez uvedenia do kontaktu, a to osvetlením obvodového povrchu kolesa svetlom alebo ožarovacím zdrojom, ktorý smeruje žiarenie prinajmenšom viac alebo menej v smere žiarenia ponad povrch kolesa tak, aby sa vytvoril svetelný obraz profilu alebo rolujúcej obruče kolesa.

Podstata vynálezu

Vychádzajúc z doteraz známej technológie, vynález vyvíja inštaláciu pre automatické vyhodnocovanie stavu rolujúcej obruče kolies pohybujúcich sa železničných vozňov, ktorá je určená hlavne pre odhalenie trhlín na uvedenej rolujúcej obruči, ale je možné ju využiť aj na meranie iných parametrov rolujúcej obruče železničného vozňa. Táto inštalácia pozostáva hlavne z podpornej štruktúry, vyrobenej z ocele, ktorú tvorí koľajnicový nosník pre každú železničnú trať,

1/19

12630SP1 nahradzujúc úsek sústruhu a ponad ktorý musí prejsť príruba vlakových kolies, zachovávajúc spojitosť medzi koľajnicovým nosníkom železničnej trate prostredníctvom skrutkového spoja; z ochrannej koľajnice pripojenej ku každému koľajnicovému nosníku zabezpečujúcej vedenie kolies počas pohybu, podopierané ich prírubami nad koľajnicovým nosníkom; z čidiel, ktoré sa majú dostať do kontaktu s kolesami prechádzajúcimi ponad ne; z držiakov čidiel nainštalovaných na koľajnicový nosník, z ktorých je každý zaopatrený dvoma vodítkami a závesnou pružinou tak, že prechod kolies ponad čidlá zintenzívni a uistí kontakt medzi kolesom a čidlom; z ultrazvukového zariadenia na prenos programovateľnej frekvencie, udržanie ultrazvukových impulzov smerom k prechádzajúcim kolesám, generovanie a zber ultrazvukových hodnôt korešpondujúcich s kolesami; z lokálneho procesoru ovládajúceho ultrazvukové zariadenie a digitálne prijímajúceho signály generované ultrazvukovým vyhodnocovaním; z počítača napojeného na lokálny procesor a zodpovedného za vydávanie aktivačných povelov ultrazvukového zariadenia, ktorý taktiež zbiera, zoraďuje a uchováva výsledky merania a generuje reporty; a z antény napojenej na počítač a určenej identifikovať namerané vlakové kompozície.

Obyčajne sa dajú držiaky na čidlá aktivovať a deaktivovať za účelom ich vertikálneho posunutia prostredníctvom dvoch vodítok, ktoré sú zabezpečené práve na tento účel.

Prednostne, inštalácia vynálezu zahŕňa minimálne dve čidlá pre každú železničnú trať, ale taktiež možné nainštalovať pre každú trať štyri z uvedených čidiel.

Každé z uvedených čidiel pozostáva z piezoelektríckého meniča na generovanie a prijímanie povrchových ultrazvukových vín, použitím suchých spojovacích prostriedkov a zahrnutím dvoch indukčných detektorov blízkosti na f

označenie prítomnosti kolesa nad meničom. Prednostne, rozsah povrchových vln generovaných a prijímaných každým z meničov je 1 Mhz a suché spojovacie prostriedky použité v každom z meničov tvorí film zo surovej gumy.

Podľa vynálezu je ultrazvukové zariadenie konštruované na generovanie, zber a spracovanie ultrazvukových signálov v reálnom čase, uskutočňovanie nedeštruktívnych testov materiálov a obsiahnutie analogického a digitálneho dielu. Spomínaný analogický diel sa skladá z modulov analogického ošetrenia, ktoré slúžia na zber ultrazvukových signálov, obsahujúc programovateľné zosilňovače,

2/19

12630SP1 predfiltrujúci, zisťujúci, logaritmický zosilňovať a kanálové multiplexné plošiny, kde má spomínaný programovateľný zosilňovač 80 dB pri 20 MHz a logaritmický zosilňovač 100 dB.

Uvedený digitálny diel sa skladá zo zbernice so segmentovou architektúrou a sady priradených spracovateľských modulov s vysokou účinnosťou, kde zbernica pozostáva zo segmentov oddelených od seba základňami, nad ktorými sú zabudované spracovateľské moduly.

Podľa vynálezu, výber spracovateľských modulov a ich inštalácia na segmentovanú architektúmu zbernicu umožňuje flexibilné definovanie zberu a spracovateľských reťazcov typu „zreťazeného spracovania“, s vysokým stupňom súbežnosti, adaptajúc sa požiadavkám každej aplikácii, s možnosťou dosiahnutia rýchlosti zberu až do 80 Msamples/s s priebežnou rýchlosťou spracovania 10 Msamples/s. Fyzicky, existujú spracovateľské moduly s digitálnou a zmiešanou technológiou a každý modul má sadu programovateľných parametrov a prevádzkových režimov. Naviac, niektoré nemenné moduly môžu modifikovať ich vlastnú architektúru, aby spracovali odlišné algoritmy, prostredníctvom softvérovej rekonfígurácie ich vnútorných obvodov.

Podľa vynálezu je analogický diel ultrazvukového zariadenia zabudovaný na analogickej základňovej karte, ktorá slúži ako podpora pre analogické moduly zosilňovač - filter naprieč sériám drážok s analogickými kanálmi v každom z nich a obsahujúce naviac, stabilizovaný generovací systém napätia pre zásobovanie analogických modulov, vstupného kanálu selekcie sústavy obvodov a analogického modulu pre odhaľovanie obvodu, tieto moduly sú ovládané prostredníctvom riadiacej zbernice spomínanej karty. Tento analogický diel taktiež zahŕňa dodatočnú drážku priamo napojenú na riadiacu zbernicu, ktorá umožňuje pridávať digitálnu vstupnovýstupnú kartu, ktorá v tomto prípade slúži na zisťovanie kolies.

Na druhej strane, digitálny diel ultrazvukového zariadenia je zabudovaný do vzdialenej digitálnej základňovej karty slúžiacej na podporu digitálnej a zmiešanej architektúry spracúvajúcej moduly, ktoré sa vložia do základných dosiek napojených na riadiacu zbernicu uvedenej karty, každá základná doska je spojená s nasledujúcou prostredníctvom segmentovanej signalizačnej zbernice, ktorá prijíma údaje spracované predchádzajúcim modulom a odovzdáva ich výsledky do nasledovného modulu. Okrem toho je výstup z každého modulu napojený na pamäťové zariadenie výstupov. Digitálna základňová karta takisto obsahuje komunikačný subsystém na

3/19

12630SP1 príjem inštrukcií a prenos výsledkov, ako aj lokálny procesor ovládajúci celkovú digitálnu základňovú kartu a zodpovedajúci za programovanie modulov obsluhujúcich komunikácie a aktivujúcich zachytávanie a spracovanie signálov.

Obe karty, tak analogická ako aj digitálna sú napojené na zdroj energie.

V uprednostňovanom uskutočnení vynálezu má analogická základňová karta včlenené štyri drážky s dvoma analogickými kanálmi pre každú a vzdialená digitálna základňová karta má včlenené štyri základné dosky.

Podobne, podľa vynálezu aj ultrazvukové zariadenie zahŕňa série programovateľných generátorov impulzov napojených na čidlá a na zosilňovacie moduly. Jeden z predošle spomínaných modulov riadiacich snímač blízkosti je nainštalovaný v digitálnej vstupno-výstupnej štrbine analogickej základňovej karty a v riadiacom module zosiľňovača, analogicko/digitálny konverzný modul a redukčný modul sú inštalované na vzdialenej digitálnej základňovej karte.

Podľa uprednostňovaného uskutočnenia vynálezu sú zabezpečené štyri programovateľné generátory impulzov a dva moduly zosilňovača, ktoré sú inštalované na analogickej základňovej karte, z ktorých každý včleňuje dva lineárne variabilné zosilňovače.

Prehľad obrázkov na výkrese

Predošlé a iné ciele vynálezu, ako aj ich charakteristiky a špecifické výhody sa dajú zrozumiteľnejšie vysvetliť odvolávkami na nasledovný podrobný popis uskutočnenia vynálezu zobrazeného na pripojených obrázkoch, kde obr. 1 je vlastne názorný pohľad zhora, zobrazujúci železničný podvozok s kolesom, ktoré je umiestnené nad čidlo inštalácie vynálezu, obr. 2 je detailný schematický pohľad, ukazujúci ako je koleso vlaku pripojené na čidlo inštalácie vynálezu, obr. 3 je schematický pohľad na držiak čidla inštalácie vynálezu, obr. 4 je schematický pohľad na čidlo doplnené o dva indukčné detektory, obr. 5 je bloková schéma inštalácie vynálezu, obr. 6 je všeobecná konštrukčná schéma ultrazvukového zariadania a lokálneho procesoru použitého v inštalácii vynálezu, obr. 7 je pohľad na analogickú základňovú kartu použitú vo vynáleze, obr. 8 je pohľad na vzdialenú digitálnu základňovú kartu použitú vo vynáleze, obr. 9 je bloková schéma ultrazvukového zariadenia inštalácie vynálezu, pripojeného na odhaľovanie trhlín na kolesách

4/19

1263OSPÍ železničného vozňa a obr. 10 zobrazuje ultrazvukové vyhodnocovanie kolesa získané pomocou inštalácie vynálezu.

Príklady konkrétneho uskutočnenia vynálezu

Inštalácia vynálezu je dynamický systém použitý pri vlakoch pohybujúcich sa rýchlosťou do 10 km/h, a z tohto dôvodu je nevyhnutné mať mechanickú štruktúru, ktorá zabezpečí prechod kolies a slúži ako podpora pre čidlá naaplikované na obvod rolujúcej obruče kolesa, za účelom zistenia ich stavu, pričom je potrebné neustále uisťovať spojenie medzi čidlom a kolesom.

Tak ako to ilustrujú obrázky 1 až 3 je spomínaná mechanická podporná štruktúra vyrobená z ocele a skladá sa z koľajnicového nosníka 1, obstaraného dvoma ochrannými koľajnicami 2, ktoré majú dvojaký účel, a to poistiť vedenie kolesa 9 na podvozku 10 a zároveň fungovať ako kritérium bezpečnosti dané tým, že koleso prechádza po koľajnicovom nosníku 1 naklonené na jeho prírube. Spomínaný koľajnicový nosník 1 nahrádza bežný úsek železničnej trate 8, vytvárajúc kontinuitu medzi koľajnicovým nosníkom 1 a železničnou traťou 8 prostredníctvom skrutkového spoja 3.

Koľajnicový nosník 1 slúži ako podpora pre držiaky 4 čidiel P, ktoré sa majú aplikovať na rolujúcu obruč kolies podvozku 9. Každý držiak 4 je zabezpečený dvoma vodítkami 5 a závesnou pružinou 6 takým spôsobom, že zintenzívňuje a istí kontakt medzi kolesom a čidlom.

V prípade nevyhnutnosti, každý z uvedených držiakov 4 sa môže aktivovať a deaktivovať vertikálnym premiestnením prostredníctvom vodítka 7.

Každé čidlo P pozostáva z piezoelektríckého meniča na generovanie a prijímanie povrchových vín v rozsahu 1 MHz, spomínané meniče používané film zo surovej gumy ako spájajúce prostriedky. Tak ako je to zobrazené na obr. 4, sú meniče inštalované na mechanickom zariadení, ktoré zabezpečuje jeho kontakt s kolesami 9 počas ich prehliadky.

Obr. 4 takisto zobrazuje, že každé čidlo P zahŕňa dva indukčné detektory blízkosti 11, ktoré indikujú prítomnosť kolesa 9 na meniči.

Kompletnú inštaláciu vynálezu ukazuje obr. 5, na ktorom sú zobrazené štyri čidlá PI, P2. P3 a P4 ktoré, ako je už uvedené, tvoria vysielače a prijímače ultrazvukových povrchových vín so suchou väzbou a včlenenými detektormi

5/19

1263OSPÍ prítomnosti kolesa Π., pričom sú obstarané mechanickými zariadeniami 4 na prispôsobenie sa čidla k pohybujúcemu sa kolesu 9 a nastaveniu výšky na koľajnicový nosník 1, ako aj na vedenie kolesa 9 komponentami pridanými ku koľajnicovému nosníku 1_ (ochranná koľajnica 2). Na každý koľajnicový nosník I sa môžu inštalovať až štyri čidlá P.

Blok 12 z obr. 5 ukazuje ultrazvukové zariadenie inštalácie vynálezu, ktoré obsahuje elektronické zariadenie na prenos ultrazvukových impluzov s variabilnou frekvenciou a odchýlkou, samostatné programovateľné zosilňovače pre každý menič, prostriedky na uskutočnenie korektúr vo vzdialenosti tlmenia a prostriedky na odhalenie obalu zosilnených signálov.

Blok 13 z obr. 5 zobrazuje lokálny procesor použitý v inštalácii vynálezu, ktorý riadi ulztrazvukové zariadenie 12, stanovujúc kedy má byť aktivovaný každý kanál, podľa signálov vychádzajúcich z detektorov mapujúcich prítomnosť kolesa H. a prijíma (digitálne) ultrazvukové hodnotenia z ultrazvukového zariadenia 12. Lokálny procesor 13 môže vykonávať výpočty pre analýzu signálov a taktiež môže aplikovať vyhodnocovacie algoritmy stavu povrchu rolujúcej obruče kolies 9.

Blok 14 z obr. 5 zobrazuje počítač použitý v inštalácii vynálezu, ktorý je prostriedkom, prostredníctvom ktorého je operátor napojený na systém. Je napojený na lokálny procesor 13 systému (do vzdialenosti 1200 m), zodpovedá za vydávanie príkazov ultrazvukového zariadenia 12, zbiera, triedi a ukladá výsledky merania, a taktiež generuje dôležité impulzy. Počítač 14 je spojený s anténou 15. a tým umožňuje identifikovať pozície meraných vlakov. Počítač 14 sa môže napojiť a simultánne riadiť meracie zariadenie pre iné parametre.

Všeobecnú štruktúru ultrazvukového zariadenia 12 a lokálneho procesora 13 inštalácie vynálezu zobrazuje obr. 6, z ktorého možno vidieť, že sa v nej nachádza analogický diel 16 a digitálny diel 17. Analogický diel pozostáva modulov analogického ošetrenia 18 ultrazvukových signálov, ktoré sa musia zachytiť a zahŕňa programovateľné zosilňovače (80 dB, 20 MHz), predfiltrujúci, zisťovací logaritmický zosilňovač (100 dB) a kanál viacnásobných plošín. Okrem toho sa tam nachádza analogický modul riadiacej jednotky 19 a impulzový generátor riadiacej jednotky 20. ktorý opíšeme neskôr.

Digitálny diel Γ7 pozostáva z výkonného spracovateľského systému, ktorý umožňuje aplikovanie komplexu algoritmov na zachytenie ultrazvukových signálov v reálnom čase. Jadro uvedeného digitálneho dielu 17 tvorí zbernica 21 so

6/19

12630SP1 segmentovanou architektúrou a sada vysoko výkonných modulov MPO. MP1

MP2.....jednoúčelového procesoru napojené na 8 bitovú dátovú linku 22 a 8 bitovú adresnú linku 23. Zbernica 21 pozostáva zo segmentov, ktoré sú od seba oddelené základnými doskami, nad ktoré sú umiestnené procesorové moduly MPO, MP1

MP2...... Výstupy z uvedených procesorových modulov sú napojené na buffer pamäte Ll. L2 schopné dočasne uchovávať tok informácií a na požiadanie poskytnúť údaje do spracovanie, výstup buffer pamätí je napojený na zbernú pamäť 24 medzivýsledkov.

Schéma na obr. 6 je doplnená o lokálny procesor 13, komunikačnú riadiacu jednotku 25 a sériový výstup 26.

Zachytenie a spracovanie každého signálu systémom zobrazeným na obr. 6 môže prebiehať v troch etapách:

Etapa 1: Programovanie parametrov: Počas tejto etapy sa pevne stanovia všetky hodnoty, ktoré sa majú získať a modifikovať rešpektujúc predošlý zber, ako aj parametre, ktoré sa spracúvajú digitálne.

Programovanie parametrov sa uskutočňuje prostredníctvom načítania a zapísania do riadiaceho systému zbernice adries. Táto operácia je asynchrónna a jej trvanie úzko závisí od počtu cyklov načítavania a zapisovania, ktoré sa vyžadujú na stanovenie všetkých parametrov. V systéme na obr. 6 je táto operácia závislá od lokálneho procesora 13.

Etapa 2: Zber a spracovanie: Táto sa začína generovaním procesu spustenia meniča čidla P, číslicovým spracovaním prijatých signálov a ich číslicovým spracovaním v systémovom reťazci na obr. 6 a vymedzením, kedy je k dispozícii posledná vzorka v pamäti medzivýsledkov 24.

V systéme na obr. 6 sa tieto dve operácie uskutočňujú súbežne podľa mechanizmu spotrebiteľ-výrobca. Jednako však číslicový modul digitálneho dielu 17 vždy zachytáva iba určitý počte vzoriek prioritne k stanoveniu a spracovaniu hodnôt. V tomto stave je neskorší spracovateľský reťazec pozastavený, čakajúc na udalosť programového spustenia (prekročenie počiatočného spustenia, rozhodnutie o posunutí času, softvérové spustenie, spustenie externým činiteľom, atd’.). Ukončenie zberu sa určuje naprogramovaním počtu vzoriek, ktoré majú byť číslicovo spracované. Poradie vzoriek obsiahnutých v zbere sa nazýva parcelovanie.

Spracovanie sa uskutočňuje nasledujúc režim rýchleho prenosu pri konštantnej rýchlosti 10 Msamples/s. Odvtedy sa rámcové okno otvára každých 100 ns, počas

7/19

I2630SP1 ktorých moduly doručujú akýkoľvek výsledok ich nástupcovi v reťazci. Tento spôsob prevádzky je zvolený z dôvodu uskutočňovať veľmi jednoduchú kontrolu, kedy nie je zahrnuté časovanie kritické. Hlavné hodiny s 20 MHz udržujú synchronizáciu počas celého reťazca.

Je dôležité uviesť, že existuje niekoľko okolností, pri ktorých sa dá zber a poradie spracovania implenientovať, avšak nie zakončiť. Pôvodom týchto situácií sú rôzne príčiny: nevyskytnutie sa udalosti spustenia, abnormálna prevádzka sústavy obvodov, aktivácia ochranných prvkov, atď. Softvér by sa mal v prípade týchto výnimočných situácií obnoviť automaticky a ak je to možné, vyslať diagnostiku ich zapríčinenia.

Etapa 3: Prenos výsledkov: Vo všeobecnosti, výsledky sa sústreďujú v pamäti, z výstupov ktoréhokoľvek nakonfigurovaného modulu MPO. MP1. MP.......Sústava obvodov včlenená do základňovej karty uľahčuje selekciu ktoréhokoľvek modulu ako zdroja výsledkov, čo veľmi napomáha pri prieskumných a vyhodnocovacích prácach (napríklad porovnanie reálneho času signálov pred a po stanovenom spracovaní).

Jednako, v iných prípadoch moduly samy o sebe uchovávajú získané výsledky, ktoré sa dajú vyčítať cez riadiacu zbernicu. Takýto variant umožňuje dostupnosť niekoľkých simultánnych informácií vzťahujúcich sa na ten istý zber, ktoré sú obzvlášť užitočné pri vrchole zisťovania.

Udržuje sa maximálna súbežnosť v prevádzke procesorových modulov MPO.

MP1. MP2.......hoci niektoré z nich vyžadujú viac hodinové cykly na dokončenie ich výpočtov. Z tohto dôvodu, ako už bolo povedané, majú tieto moduly buffer pamäte modulov Ll, L2, ktoré sú schopné dočasne uchovať prichádzajúci informačný tok a na požiadanie poskytnúť údaje na spracovanie.

Fyzická štruktúra systému zobrazená na obr. 6 pozostáva z dvoch základňových kariet, na ktorých sú umiestnené digitálne a analogické moduly spracovania: analogická základňová karta BANG (obr. 7) a vzdialená digitálna základňová karta BDR (obr. 8). K týmto dvom prvkom je pridaný zdroj energie 33 (obr. 9).

Analogická základňová karta BANG slúži na podporu analogických zosilňujúco-filtrovacích modulov naprieč štyrom drážkam SLO. SL1, SL2, SL3. z ktorých každá zahŕňa dva analogické kanály CN. Teda, drážka SLO obsahuje kanály CN-1. drážka SL1 kanály CN2-3. drážka SL2 kanály CN4-5 a drážka SL3 kanály CN6-7. Okrem toho karta BANG obsahuje stabilizovaný systém produkcie napätia na

8/19

1263OSPÍ zásobovanie analogických modulov, vstupnú kanálovú selekciu sústavy obvodov 21 a analogický modul 28 pre obalové odhaľovanie. Tieto moduly sa riadia cez riadiacu zbernicu 29.

Karta BANG zahŕňa dodatočnú drážku DIG, ktorá je priamo napojená na riadiacu zbernicu 29 a umožňuje pridanie digitálnej vstupno-výstupnej karty (v tomto prípade na detekciu kolies 9).

Karta BANG je ukončená signálovým výstupom 30 a zosilňovacou riadiacou jednotkou 31.

Vzdialená digitálna základňová karta BDR slúži ako podpora pre digitálnu a zmiešanú architektúru spracovateľských modulov, ktoré sa vkladajú do štyroch základňových dosiek ZO, Zl. Z2, Z3 napojených na riadiacu zbernicu 32. Každá základňová doska je spojená s nasledovnou prostredníctvom segmentovanej signálovej zbernice 21, cez ktorú prijíma spracované údaje z predchádzajúceho modulu a doručuje ich výsledky do nasledovného modulu. Výstup z každého modulu je možné takisto nasmerovať na pamäť výsledkov 24, prechádzajúc cez buffer pamäte Ll. L2 dočasnej úschovy.

Karta BDR obsahuje naviac komunikačnú riadiacu jednotku 25 na prijímanie príkazov a prenos výsledkov a celý systém sa ovláda lokálnym procesorom 13, ktorý je poverený programovaním modulov, vstupovaním do komunikácií a spúšťaním signálu na zber.

Na obr. 9 je zobrazená konfigurácia ultrazvukového zariadenia 12, tak ako sa používa na odhaľovanie trhlín v inštalácii vynálezu. Pozostáva zo štyroch programovateľných generátorov impluzov PSI, PS2, PS3, PS4 napojených na čidlá PI. P2. P4, P4 a z dvoch zosilňovacích modulov, z ktorých každý má včlenené dva lineárne zosilňovače AMP1, AMP2, AMP3, AMP4 s programovateľným zosilňovačom, inštalovaným do kanálov CN0-3 analogickej základňovej karty BANG. Riadiaci modul 32 senzorov blízkosti H. sa inštaluje do digitálnej vstupnovýstupnej drážky DIG karty BANG, zosilňovací riadiaci modul CAT sa inštaluje do základňovej dosky ZO vzdialenej digitálnej základňovej karty BR, analogicko/digitálny konverzný modul A/D sa inštaluje na základňovú dosku Zl karty BDR a modul redukcie údajov (REDUC) sa inštaluje na základňovú kartu Z2 karty BDR. Lokálny procesor B. inštalovaný na kartu BDR vykonáva program pre správu špecifických modulov určených na odhaľovanie trhlín na kolesách železničných vozňov 9.

9/19

12630SP1

Zdroj energie 33 prijíma napätie 220 V striedavom prúde a zásobuje napätím +/- 12 V jednosmerného prúdu kartu BANG a napätím +/- 5 V jednosmerného prúdu kartu BDR.

Fungovanie inštalácie vynálezu. Keď počítač 14 obdrží príkaz na uskutočnenie merania, inštalácia funguje nasledovne:

1. Lokálny procesor 13 programuje prvky ultrazvukového zariadenia 12 v súlade s dodanými parametrami (frekvencia a dĺžka vyžarovaných impulzov, zosilnenie, digitalizácia kmitočtov, atď.). Môžu sa sem zahrnúť aj v tomto čase ešte neprebiehajúce činnosti, ako napríklad presuny čidiel P do pozície merania na koľajnicovom nosníku L

2. Lokálny procesor 13 dotazuje detektory kolies H. každého čidla P a v prípade, že ktorýkoľvek z nich zadá informáciu o prítomnosti kolesa 9, vydá ultrazvukovému zariadeniu 12 príkaz k prenosu naprogramovaného impulzu a sústreďuje a vylepšuje signály zistené čidlom. Tieto signály korešpondujú tak so šírením impulzu vysielaného postupnými otáčkami kolesa 9 ako aj s odozvami vytvorenými nedokonalosťami povrchu rolujúcej obruče kolesa. Tento digitalizovaný signál sa uloží v lokálnom procesore 13 pre neskoršie analýzy.

3. Keď počítač 14 zadá signál na zastavenie merania, lokálny procesor 13 zanalyzuje uložené signály a vydá hodnotenie stavu každého meraného kolesa 9 a toto hodnotenie sa vyšle do počítača 14.

Algoritmus pre vyhodnotenie ultrazvukových diagramov vlakových kolies

Nasledovné riadky opisujú systém odhaľovania trhlín na rolujúcej obruči vlakových kolies, použitím inštalácie vynálezu opísanej vyššie, s odkazmi na obrázky. Na každej železničnej trati sa použijú dva ultrazvukové čidlá s povrchovými vlnami 1 MHz Pl, P2: P3, P4, ultrazvukové zariadenie 12 na generovanie ultrazvukových diagramov pri prechode kolies 9 ponad každé čidlo a počítač 14 na sústreďovanie diagramov, ich priraďovanie ku korešpondujúcemu kolesu a ich následné vyhodnocovanie. Počítač 14 sa napojí na anténu 15, ktorá číta identifikátory meraných vlakových kompozícii. Takýmto usporiadaním sa získajú dva diagramy na každé koleso, odchýlka približne 120°.

Ultrazvukové zariadenie 12 je také, ako zobrazuje obr. 9 a pozostáva z takého istého počtu programovateľných generátorov impulzov a modulov ako sa nachádza na uvedenom obrázku.

10/19

1263OSPÍ

Pevne stanovené parametre na generovanie diagramov kolesa 9 sú nasledovné:

* Desať 1 MHz budiacich impulzov pri danej amplitúde, * Zosilňovač pri 50 dB, * Vzorová frekvencia, 8 Msamples/s, * Dĺžka predvzorového diagramov 20 a 16,980 vzoriek, * Redukčný faktor 32.

Vlastnosti ultrazvukových diagramov

Na každom diagrame zobrazenom na obr. 10 sa odlišuje päť zón:

A. Budiaci impulz čidla,

B. Kontrolná zóna prvej polovice kolesa,

C. Prvý priamy prenášaný impulz (polovica kolesa),

D. Kontrolná zóna druhej polovice kolesa,

E. Druhý priamy prenášaný impulz (koniec kolesa).

Kým je rozšírenie zóny A stanovuje systém, pozícia a veľkosť zostávajúcich zón závisí od rozmerov kolesa 9, typu použitej ocele a teploty.

Nedokonalosti v stave kolesovej 9 obruče sa zobrazia odozvami, ktoré sa objavia v zónach B a D, dobrá činnosť generátora impulzov PS a čidla P sa naznačuje prítomnosťou impulzu zo zóny A, kým odozvy v zónach C a E prezrádzajú spojenú kvalitu medzi čidlom P a kolesom 9.

Parametre diagramu: Prvý krok pre vyhodnotenie stavu kolesa 9 pozostáva zo zistenia a parametrizovania odoziev vyskytujúcich sa na diagrame. Postup sa vykonáva nasledovne: rozhodnutie o základňovej linke 34 diagramu, vytvorenie zisťovacích pásiem 35 a platnosti odozvy, identifikovanie a parametrizovanie odozvy, priamy prenos identifikácie odozvy a porovnanie medzi odozvami.

Získanie základňovej linky a vytvorenie zisťovacieho pásma a platnosti odozvy: Základňová linka 34 diagramu označuje úroveň ultrazvukového signálu v zónach bez porúch kolesa 9. Na priblíženie sa tejto úrovni urob nasledovné: 1. Vypočíta sa stredná hodnota a štandardná odchýlka bodov diagramu, okrem zóny A.

2. Nový diagram sa vytvára bodmi pôvodného diagramu, ktorého amplitúda je menšia ako stredná, plus štandardná odchýlka vypočítaná v kroku 1. 3. Vypočíta sa stredná hodnota a štandardná odchýlka diagramových bodov generovaných v kroku 2. Táto stredná hodnota sa použije ako amplitúda odhadnutá základňovou linkou 34, kým štandardná odchýlka označuje úroveň skutočného hluku kontrolovaného kolesa 9. 4.

11/19

12630SP1

Zisťovacie pásmo 35 označuje amplitúdu, nad ktorou sa považuje signál za odozvu, ktorý sa potvrdzuje ako ten, ktorý by mal presahovať v ktorejkoľvek chvíli úroveň platnosti 36. V terajšom prípade sa základňová linka 34 sama o seba používa ako zisťovacie pásmo 35 a úroveň platnosti 36, hodnota základňovej linky 34 plus štyri krát štandardná odchýlka vypočítaná v kroku 3. Okrem toho sa tieto hodnoty používajú na stanovenie platnosti diagramu (zisťovanie prítomnosti kolesa). Diagram sa považuje za platný, ak stredná hodnota plus štandardná odchýlka presahuje hodnotu 0,001.

Zisťovanie odozvy a charakterizovanie. Na lokalizovanie odoziev v diagrame nasleduj kroky nižšie: 1. Body diagramu sa sledujú po poriadku až kým sa nenájde jeden, ktorý presahuje úroveň zisťovania a tento bod treba považovať za začiatok odozvy. 2. Body diagramu sa sledujú až kým je opäť ich hodnota menšia ako úroveň zisťovania, označiac tento bod za ukončenie odozvy. Ak ktorýkoľvek z bodov odozvy presiahne úroveň platnosti 36, pridá sa odozva do zoznamu objavených odoziev. 3. Kroky 1 a 2 sa opakujú až do ukončenia diagramu. 4. Zoznam objavených odoziev sa opraví zlúčením tých odoziev do jednej, ktorých trvanie je kratšie ako tri body od nasledujúcej odozvy. 5. Pre každú odozvu sa zaznamenáva nasledovné: bod začiatku, jej šírka v bodoch, pozícia a amplitúda maximálnej hodnoty odozvy a súčet amplitúd všetkých bodov, z ktorých sa skladá.

Identifikácia priameho prenosu odoziev. Nasledovný krok sa skladá zo zistenia pozície a vzájomnej vzdialenosti priameho prenosu odoziev (umiestnenie zón C a E diagramu). Spôsob vykonania tohto kroku závisí od počtu platných diagramov kolesa 9, ktoré sú k dispozícii. 1. Ak existujú dva diagramy, generuje sa zmiešaný diagram ako bod, ktorý označuje minimum každého z nich a takýmto spôsobom sú eliminované všetky odozvy, ktoré sa nevyskytujú v tej istej pozícii (priamy prenos odoziev sa zhoduje v dvoch diagramoch toho istého kolesa). Pre tento diagram sa generuje zoznam odoziev v takej forme aká je opísaná v dvoch predošlých sekciách. 2. Nasleduje zoznam odozvy zmiešaného diagramu, ak sú k dispozícii dva diagramy, alebo ak je k dispozícii iba jeden z platných diagramov a hľadajú sa také páry odoziev, v ktorých začiatočný bod jedného z nich zdvojnásobuje vzdialenosť od začiatočného bodu ďalších, s toleranciou 15 hodov, a ktorý začína viac ako 150 bodov od pôvodného. Ak existuje niekoľko bodov impulzov, ktoré uspokojujú tento stav, vyberie sa ten pár, ktorý je najvzdialenejší od pôvodného diagramu. 3. Ak vypočítané prenosové odozvy vychádzajú zo zmiešaného diagramu, ich identifikácia sa začína

12/19

1263OSPÍ použitím zoznamu odozvy každého z pôvodných diagramov. V druhom prípade, po takých odozvách, ktoré majú medziúsek bez medzier s prenosovými odozvami zmiešaného diagramu, sa pátra v každom jednom zo zoznamov. Ak každá z identifikovaných odoziev mala šírku väčšiu ako 35 bodov, oddelí sa od nej odozva so šírkou zodpovedajúcou odozve ktorá korešponduje s iným diagramom a zvyšok sa pridá na zoznam samostatných odoziev.

Porovnanie medzi odozvami. Potom sa pre každý diagram identifikujú odozvy zo zoznamu vyskytujúceho sa v zóne D diagramu a tie, ktoré sú kópiou odozvy zóny B: 1. Vzdialenosť medzi kópiami sa určuje ako vzdialenosť medzi získanými odozvami priameho prenosu. 2. Pre každú odozvu v zóne B každého diagramu sa kontroluje, či existuje nejaká v zóne D, ktorá má jej začiatočný bod vo vzdialenosti medzi vypočítanými kópiami, s toleranciou 10 bodov. Ak je takýto stav vyhovujúci, odozvy sa označia podľa poradia ako „vlastník kópie“ a „kópia“.

Ak sú k dispozícii dva platné diagramy kolesa 9, identifikujú sa odozvy oboch diagramov ktoré vznikli tým istým reflektorom. Neskôr by sa malo počítať tým, že vzdialenosť medzi dvoma čidlami Pl, P2: P3, P4: tej istej železničnej trate 8 je približne 870 mm, ktorá, ak zoberieme 3000 m/s ako hodnotu rýchlosti zvuku v oceli a použité parametre zberu, robí signály čidiel P2 a P3 výhodnejšími pri 140 bodoch, s rešpektom k tým, ktoré vytvárajú postupne čidlá Pl a P4. Postup je nasledovný: 1. Pre každý diagram sa pevne stanoví jeho dĺžka, ktorá sa zhoduje s počiatočnou hodnotou druhej, priamo prenášanej odozvy. 2. Pre každý vrchol každého diagramu neoznačeného ako kópia sa hľadá vrchol v druhom diagrame, so začiatkom alebo ohraničením pri 140 bodoch pred (ak preverovaná odozva patrí k čidlu Pl alebo P4 diagramu) alebo 140 bodov po (ak odozva prichádza z čidiel P2 alebo P3) ako analyzovaná odozva, s toleranciou 6 bodov. Ak sa nájde nejaký vrchol, oba sa označia ako korešpondujúce odozvy. Ak možná odozva zapadá do zón A, B, E, echo sa označí ako korešpondujúci s mŕtvou zónou (robia sa výpočty predstihu alebo oneskorenia, pričom sa za modul pokladá dĺžka počítaná pre diagram).

Vyhodnotenie kolesa. V prvej fáze sa vyhodnocuje stav kolesa 9 venovaním sa iba hodnote maxima každej zistenej odozve a jej šírke a zakladá na hypotéze, že odozvy vytvorené trhlinami by mali mať väčšiu amplitúdu a na pozorovaní, že veľmi široké odozvy zvyčajne korešpondujú so zámermi a plánmi. Hodnotiaci algoritmus prebieha nasledovne: 1. Ak sa žiadny zo získaných diagramov pre koleso_9 neoznačí

13/19

1263OSPÍ ako platný diagram, koleso sa označí ako neodhadnuteľné. 2. Ak sa nezistili odozvy priameho prenosu, koleso 9 sa označí ako neodhadnuteľné. 3. Ak sa stavy pevne stanovené v 1 a 2 nevyskytnú, každý vrchol každého diagramu označeného ako platný sa vyhodnocuje samostatne. Hodnota odozvy sa stanovuje prostredníctvom lineárnej funkcie maximálnej hodnoty, ktorá priradí nulovú hodnotu odozvám s maximálnou hodnotou zodpovedajúcou nule a 2,5 odozvám s amplitúdou 255. Priradená hodnota sa zvýši o 0,5, ak je maximum odozvy väčší ako 250. 4. Optimálna šírka odozvy sa určuje prostredníctvom lineárnej funkcie, ktorá priradí optimálnu šírku nuly odozvám s maximom nuly a 20 bodov odozvám s amplitúdou maximálne 255. Ak je skutočná šírka väčšia ako optimálna vypočítaná šírka, odozva sa penalizuje priradením 85 % hodnoty priradenej v kroku 3.5. Maximálne hodnoty vrcholu priradené v krokoch 3 a 4 sa určujú zo všetkých tých odoziev všetkých platných diagramov, zaokrúhľovaných k najbližšiemu celému číslu (alebo na 1, ak sa výsledok rovná 0) a táto hodnota sa pevne stanoví ako hodnota kolesa.

Spôsobom postupu naznačeným vo vynáleze sa dajú zistiť v skorej etape trhliny, ktoré sa pravdepodobne nachádzajú na rolujúcej obruči kolesa, keď sa vlak pohybuje a preberá korešpondujúce renovačné rozmery, predtým než sa veľkosť trhlín zväčší a zapríčiní väčšie poškodenie kolesa, takže sa bezpečnosť železničnej premávky podstatne zvýši.

Hoci sa v predošlom opise kladie dôraz na podstatné vlastnosti vynálezu, rozumie sa, že neskoršie sa dá modifikovať vo forme a detaile, rešpektujúci rámec vynálezu. Napríklad sa môže odlišovať počet čidiel, generátorov impulzu, a iných prvkov od tých, ktoré sú zobrazené. Preto je úmyslom, aby bol rozmer vynálezu výlučne a výhradne limitovaný obsahom pripojených nárokov.

Claims (15)

1. Inštalácia pre automatické vyhodnocovanie stavu rolujúcej obruče na kolesách pohybujúcich sa vlakov, hlavne kvôli odhaleniu trhlín na uvedenej rolujúcej obruči, vyznačujúca sa tým, že sa skladá z podpornej štruktúry vyrobenej z ocele pozostávajúcej z koľajnicového nosníka (1) pre každú železničnú trať (8), nahradzujúc úsek sústruhu a ponad ktorý musí prejsť príruba vlakových kolies (9), zachovávajúc spojitosť medzi koľajnicovým nosníkom železničnej trate prostredníctvom skrutkového spoja (3); z ochrannej koľajnice (2) pripojenej ku každému koľajnicovému nosníku zabezpečujúcej vedenie kolies počas pohybu, podopierané ich prírubami nad koľajnicovým nosníkom; z čidiel (P), ktoré sa majú dostať do kontaktu s kolesami prechádzajúcimi ponad ne; z držiakov čidiel (4) nainštalovaných na koľajnicový nosník, z ktorých je každý zaopatrený dvoma vodítkami (5) a závesnou pružinou (6) tak, že prechod kolies ponad čidlá zintenzívni a uistí kontakt medzi kolesom a čidlom; z ultrazvukového zariadenia (12) na prenos programovateľnej frekvencie, udržanie ultrazvukových impulzov smerom k prechádzajúcim kolesám, generovanie a zber ultrazvukových hodnôt korešpondujúcich s kolesami; z lokálneho procesoru (13) ovládajúceho ultrazvukové zariadenie a digitálne prijímajúceho signály generované ultrazvukovým vyhodnocovaním; z počítača (14) napojeného na lokálny procesor a zodpovedného za vydávanie aktivačných povelov ultrazvukového zariadenia, ktorý taktiež zbiera, zoraďuje a uchováva výsledky merania a generuje reporty; a z antény (15) napojenej na počítač a určenej identifikovať namerané vlakové kompozície.

2. Inštalácia podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že sa držiaky čidiel (4) môžu aktivovať a deaktivovať vertikálnym premiestnením prostredníctvom dvoch vodítok (7) pre ne obstaraných.

3. Inštalácia podľa nárokov la 2, vyznačujúca sa tým, že zahŕňa minimálne dve čidlá (PI, P2; P3, P4) pre každú železničnú linku (8).

4. Inštalácia podľa nároku 3, vyznačujúca sa tým, že zahŕňa štyri z uvedených čidiel pre každú trať.

15/19

1263OSPÍ

5. Inštalácia podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že každé z uvedených čidiel (P) pozostáva z piezoelektrického meniča na generovanie a prijímanie povrchových ultrazvukových vín, použitím suchých spojovacích prostriedkov a zahrnutím dvoch indukčných detektorov blízkosti (11) na označenie prítomnosti kolesa (9) nad meničom.

6. Inštalácia podľa nároku 5, vyznačujúca sa tým, že rozsah f

povrchových vln generovaných a prijímaných každým z meničov je 1 Mhz a suché spojovacie prostriedky použité v každom z meničov tvorí film zo surovej gumy.

7. Inštalácia podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že ultrazvukové zariadenie (12) je konštruované na generovanie, zber a spracovanie ultrazvukových signálov v reálnom čase, uskutočňovanie nedeštruktívnych testov materiálov a pozostáva z analogického dielu (16) a digitálneho dielu (17), kde spomínaný analogický diel sa skladá z modulov analogického ošetrenia, ktoré slúžia na zber ultrazvukových signálov, obsahujúc programovateľné zosilňovače, predfíltrujúci, zisťujúci, logaritmický zosilňovať a kanálové multiplexné plošiny a kde spomínaný digitálny diel sa skladá zo zbernice (21) so segmentovou architektúrou a sady priradených spracovateľských modulov (MPO, MP1, MP2.....) s vysokou účinnosťou, kde zbernica pozostáva zo segmentov oddelených od seba základňami, nad ktorými sú zabudované spracovateľské moduly.

8. Inštalácia podľa nároku 7, vyznačujúca sa tým, že programovateľný zosilňovač je 80 dB pri 20 MHz a logaritmický zosilňovač 100 dB.

9. Inštalácia podľa nárokov 7a 8, vyznačujúca sa tým, že je analogický diel ultrazvukového zariadenia (12) zabudovaný na analogickej základňovej karte (BANG), ktorá slúži ako podpora pre analogické moduly zosilňovač - filter naprieč sériám drážok (SLO, SL1, SL2, SL3, ...) s analogickými kanálmi (CN0-1, CN2-3, CN4-5, CN6-7,...) v každom z nich a obsahujúce naviac, stabilizovaný generovací systém napätia pre zásobovanie analogických modulov, vstupného kanálu selekcie sústavy obvodov (27) a analogického modulu (28) pre odhaľovanie obvodu, tieto moduly sú ovládané prostredníctvom riadiacej zbernice (29) spomínanej karty.

16/19

12630SP1

10. Inštalácia podľa nároku 9, vyznačujúca sa tým, že analogický diel zahŕňa dodatočnú drážku (DIG) priamo napojenú na riadiacu zbernicu (29), ktorá umožňuje pridávať digitálnu vstupno-výstupnú kartu, ktorá v tomto prípade slúži na zisťovanie prítomnosti kolies (9).

11. Inštalácia podľa nárokov 7 až 10, vyznačujúca sa tým, že digitálny diel (17) ultrazvukového zariadenia (12) je zabudovaný do vzdialenej digitálnej základňovej karty (BDR) slúžiacej na podporu digitálnej a zmiešanej architektúry spracúvajúcej moduly, ktoré sa vložia do základňových dosiek (ZO, Zl, Z2, Z3, ...) napojených na riadiacu zbernicu (32) uvedenej základňovej karty, každá základňová doska je spojená s nasledujúcou prostredníctvom segmentovanej signalizačnej zbernice (21), ktorá prijíma údaje spracované predchádzajúcim modulom a odovzdáva ich výsledky do nasledovného modulu a výstup z každého modulu je napojený na pamäťové zariadenie výstupov (24), uvedená digitálna základňová karta takisto obsahuje komunikačný subsystém (25) na príjem inštrukcií a prenos výsledkov, ako aj lokálny procesor (13) ovládajúci celkovú digitálnu základňovú kartu a zodpovedajúci za programovanie modulov vstupujúcich do komunikácie a aktivujúcich zachytávanie a spracovanie signálov.

12. Inštalácia podľa nárokov 7 až 11, vyznačujúca sa tým, že obe karty, tak analogická základňová karta (BANG) ako aj vzdialená digitálna základňová karta (BDR) sú napojené na zdroj energie (33).

13. Inštalácia podľa nárokov 7 až 12, vyznačujúca sa tým, že analogická základňová karta (BANG) má včlenené štyri drážky (SLO, SL1, SL2, SL3) s dvoma analogickými kanálmi (CN0-1, CN2-3, CN4-5, CN6-7) pre každú a vzdialená digitálna základňová karta (BDR) má včlenené štyri základňové dosky (ZO, Zl, Z2, Z3).

14. Inštalácia podľa predchádzajúcich nárokov, vyznačujúca sa tým, že ultrazvukové zariadenie (12) zahŕňa série programovateľných generátorov impulzov (PSI, PS2, PS3, PS4, ...) napojených na čidlá (PI, P2; P3, P4,...) a na zosilňovacie moduly modul riadiaci snímač blízkosti (32) je nainštalovaný v digitálnej vstupno-výstupnej štrbine (DIG) analogickej základňovej karty (BANG) a v riadiacom module zosiľňovača (CAT), analogicko/digitálny

17/19

12630SP1 konverzný modul (A/D) a redukčný modul (REDUC) sú inštalované na vzdialenej digitálnej základňovej karte (BDR).

15. Inštalácia podľa nároku 14, vyznačujúca sa tým, že sú zabezpečené štyri programovateľné generátory impulzov (PSI, PS2, PS3, PS4) a dva moduly zosilňovača, ktoré sú inštalované na analogickej základňovej karte (BANG), z ktorých každý včleňuje dva lineárne variabilné zosilňovače (AMP1, AMP2, AMP3, AMP4) s variabilným zosilením.