Путевая машина
Путевая машина предназначена для контроля, измерения и выправки железнодорожного пути и может быть использована при планово-предупредительной выправке пути, а также при отделке пути перед сдачей в эксплуатацию после производства капитальных путевых работ. Машина содержит раму (1), оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием (4), бортовой компьютере 4), контрольно-измерительную систему, основанную на технологии навигации ГЛОНАСС/GPS, включающую спутниковые антенну (12) и приемник (13), устройство для измерения угла наклона машины (15), измерительную тележку, содержащую подвижное, контактирующее с рельсами, основание (5) и измерительную базу (6), жестко установленную в нижней части рамы машины перпендикулярно направлению ее движения. Опорные точки измерительной базы снабжены датчиками линейных перемещений (7), установленными с возможностью измерения ими изменения положения центра подвижного основания относительно измерительной базы по высоте и в плане. Спутниковая антенна (12) жестко установлена в верхней части машины на фиксированной высоте относительно измерительной базы, при этом ее фазовый центр находится на вертикальной оси, проходящей через центр подвижного основания. Спутниковый приемник (13) связан с референцными станциями, установленными вдоль железнодорожного пути. В качестве датчиков линейных перемещений (7) используются лазерные дальномеры, резистивные или электромагнитные датчики. Упрощена конструкция контрольно-измерительной системы с одновременным обеспечением высокой точности установки выправляемого железнодорожного пути в заданное (проектное) положение (2 з.п. ф-лы, 3 ил.).
Полезная модель относятся к строительству и ремонту железнодорожного пути, в частности к устройствам выправки железнодорожного пути и может быть использована при планово-предупредительной выправке пути, а также при отделке пути перед сдачей в эксплуатацию после производства капитальных путевых работ.
Известно устройство выправки железнодорожного пути в плане, продольном профиле и по уровню «НАВИГАТОР» (Руководство по эксплуатации «Автоматизированная система съемки, расчетов и выправки пути «НАВИГАТОР», (АС «Навигатор), ВМНИ. 663519.001 РЭ, Научно-инженерный центр «Путеец», г.Новосибирск, 2000 г.). Известное устройство содержит контроллер, измерительное устройство с датчиками, включая датчики пройденного пути, измерения стрел изгиба в плане и продольном профиле относительно базы измерительного устройства и датчик измерения положения рельсовых нитей по уровню. Устройство содержит подъемно-рихтовочное устройство и компьютер, при этом вход контроллера соединен с датчиками измерительного устройства, выход - с подъемно-рихтовочным устройством, а компьютер с контроллером. Принцип работы данного устройства заключается в том, что предварительно измеряют характеристики натурного положения рельсовых путей железнодорожного пути в плане, продольном профиле и по уровню, записывают полученные характеристики в память компьютера, сопровождая запись ручным вводом маркеров путевой разметки. После завершения измерений на заданном участке, рассчитывают координаты устройства в плане, в продольном профиле и по уровню, а также соответствующие им расчетные перемещения пути - сдвиги в плане и подъемки левого и/или правого рельса в точках измерений с заданным шагом. Затем по вычисленным координатам и перемещениям рассчитывают программные задания, содержащие эталонные значения показаний датчиков ВПР - машины, определяющих заданное положение пути в плане, продольном профиле и по уровню в точках измерений натурного положения пути. Выправление пути осуществляют, подавая на подъемно-рихтовочное устройство ВПР - машины управляющие сигналы, соответствующие знаку и величине отклонений показаний датчиков от соответствующих эталонных значений.
Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности не позволяющие выполнять постановку пути в проектное положение по геодезическим координатам или другим пространственным данным.
Известна путевая машина, предназначенная для контроля, измерения и выправки железнодорожного пути, содержащая раму, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, и контрольно-измерительную систему (патент РФ 
99786, Е01 В 35/ 00, прототип). Особенностью машины, является то, что она включает контрольно-измерительную систему, основанную на технологии навигации ГЛОНАСС/GPS, содержащую две мультиантенные системы навигации, две бесплатформенные инерциальные навигационные системы и два датчика - сканера головки рельсов. Вдоль железнодорожного полотна устанавливаются референцные станции с известными координатами местоположения, оборудованные навигационной системой ГЛОНАСС/GPS и средствами беспроводной передачи данных GSM/GPRS, 3G, 4G. При этом указанные системы навигации и бесплатформенные системы навигации закрепляются в верхней части направляющих штанг, известной длины, установленных с опорой на ролики, движущиеся по рельсам железнодорожного пути. В нижней части направляющих штанг закреплены указанные датчики-сканеры. Спутниковые антенны с приемниками, бесплатформенные инерциальные системы навигации и датчики-сканеры соединены через разъем с бортовым компьютером.
К недостаткам данного технического решения следует отнести конструктивную сложность, неустойчивое положение антенны, низкую надежность, и как следствие этого недостаточную точность измерений и низкую производительность. В результате указанных недостатков данное устройство не может обеспечить необходимое качество выправки железнодорожного пути.
Задачей полезной модели является повышение надежности устройства, повышение качества выправки пути, а также повышение производительности при выполнении данного вида работ.
Техническим результатом полезной модели является упрощение конструкции контрольно-измерительной системы с одновременным обеспечением высокой точности установки выправляемого железнодорожного пути в заданное (проектное) положение.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в путевой машине, содержащей опирающуюся на ходовые тележки раму, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, контрольно-измерительную систему, бортовой компьютер, при этом контрольно-измерительная система включает спутниковую антенну, спутниковый приемник, устройство для измерения угла наклона путевой машины, связанные с бортовым компьютером, а спутниковый приемник по без проводной связи связан со снабженными навигационным спутниковым оборудованием опорными (референцными) станциями, установленными вдоль железнодорожного пути, согласно полезной модели, указанная контрольно - измерительная система включает измерительную тележку, содержащую подвижное, контактирующее с рельсами выправочного пути, основание и измерительную базу, жестко установленную в нижней части рамы путевой машины перпендикулярно направлению движения путевой машины, опорные точки указанной измерительной базы снабжены датчиками линейных перемещений, установленными с возможностью измерения ими изменений положения центра указанного подвижного основания относительно указанной измерительной базы по высоте и в плане, спутниковая антенна жестко установлена в верхней части путевой машины на фиксированной высоте относительно измерительной базы измерительной тележки, при этом фазовый центр спутниковой антенны находится на вертикальной оси, проходящей через центр подвижного основания измерительной тележки в исходном состоянии, выходы указанных датчиков линейных перемещений центра подвижного основания измерительной тележки связаны бортовым компьютером.
Заявленный технический результат достигается также тем, что в качестве датчиков линейных перемещений подвижного основания измерительной тележки она включает установленные вдоль измерительной базы лазерные дальномеры, опорные точки указанной измерительной базы тросами соединены с устройствами натяжения, противоположные концы которых закреплены на измерительной базе, и через установленные на опорных точках измерительной базы ролики - с центром указанного подвижного основания, на указанных подвижных тросах в местах их взаимодействия с устройствами натяжения установлены отражатели лазерных дальномеров, выходы лазерных дальномеров связаны с соответствующими информационными входами бортового компьютера.
Кроме того, в качестве датчиков линейных перемещений подвижного основания измерительной тележки могут быть использованы установленные на подвижных осях в опорных точках измерительной базы два резистивных или электромагнитных датчика линейных перемещений, подвижные контакты которых механически связаны между собой и с центром подвижного основания измерительной тележки.
Сущность технического решения согласно полезной модели заключается в следующем.
Установка спутниковой антенны непосредственно на измерительной тележке путевой машины, например, с помощью штанг (длиной порядка 5 м), как это сделано в устройстве-прототипе, является конструктивно сложным и ненадежным из-за воздействия на установленную таким образом антенну при движении путевой машины значительных динамических нагрузок. Установка антенны в нижней части рамы не обеспечивает устойчивый прием спутникового сигнала из-за ограничений «радиовидимости» и помех от окружающих предметов, элементов конструкции и проходящих поездов по соседнему пути. Поэтому согласно данному техническому решению, предложено устанавливать спутниковую антенну в верхней части рамы (на крыше) устройства так, чтобы ее ось (фазовый центр антенны) проходила через центр основания измерительной тележки и при этом непрерывно контролировать в процессе рихтовки смещения указанного центра по высоте и в плане. Получаемые в ходе движения путевой машины по заданному пути координаты указанного центра измерительной тележки, сравниваются с заданными координатами пути, на основании полученных данных формируются сигналы управления подъемно-рихтовочным оборудованием.
На фиг.1 изображена путевая машина согласно полезной модели, общий вид, на фиг.2 - схематично показана измерительная тележка, согласно полезной модели, реализованная с использованием лазерных дальномеров, иллюстрирующая принцип работы устройства, на фиг.3 - тоже с использованием резистивных или электромагнитных датчиков.
Путевая машина содержит раму 1, опирающуюся на железнодорожные рельсы 2 ходовыми тележками 3. На раме 1 установлено выправочно-рихтовочное оборудование 4, а также контрольно-измерительная система. Контрольно-измерительная система включает измерительную тележку, содержащую подвижное основание 5, контактирующее с рельсами 2, и измерительную базу 6, жестко установленную в нижней части рамы 1 путевой машины в плоскости, перпендикулярной направлению движения путевой машины. Вдоль измерительной базы 6 в качестве датчиков линейных перемещений указанного центра подвижного основания 5 относительно измерительной базы 6 закреплены лазерные дальномеры 7. Опорные точки указанной измерительной базы 6 тросами 8 через ролики 9 радиуса R соединены с центром указанного подвижного основания 5 и с устройствами 10 натяжения, противоположные концы которых закреплены на измерительной базе 6. На тросах 8 в местах их скрепления с устройствами 9 натяжения установлены отражатели 11 лазерных дальномеров 7 (как это показано на фиг.2). В верхней части путевой машины (на ее крыше) жестко установлена, на фиксированной высоте относительно измерительной базы 6, спутниковая антенна 12 спутникового приемника 13, при этом фазовый центр спутниковой антенны 12 находится на вертикальной оси, проходящей через центр подвижного основания 5 измерительной тележки. Спутниковый приемник 13 связан с первым информационным входом бортового компьютера 14. Другие информационные входы бортового компьютера 14 связаны с выходами дальномеров 7 и с датчиком 15 угла наклона путевой машины. Выход бортового компьютера 14 связан с выправочно-рихтовочным оборудованием 4. Через модем 16 спутниковый приемник 13 связан с оснащенными комплексом спутникового навигационного оборудования базовыми (или референцными станциями) 17, установленными вдоль выправляемого железнодорожного пути.
В другой реализации полезной модели в качестве датчиков линейных перемещений центра подвижного основания 5 относительно измерительной базы 6 могут быть использованы резистивные или электромагнитные датчики 18 (фиг.3), для чего опорные точки измерительной базы 6 и центр подвижного основания 5 оснащают осями 19 и осью 20, соответственно. Указанные датчики 18 закрепляют на указанных осях 19, а их подвижные элементы 21 закрепляют в центре подвижного основания 5 на оси 20. Аналогично лазерным дальномерам 7 датчики 18 связаны с бортовым компьютером 14.
В качестве лазерных дальномеров 7 могут быть использованы, например, датчики типа ДТ 500, фирмы SiCK. В качестве датчиков 18 могут быть использованы, например, потенциометрические или магнитострикционные датчики линейного положения фирм GEFRAN, TURCK.
Организованная, как это описано выше и показано на фиг.2, измерительная тележка, в составе контрольно - измерительной системы заявляемой путевой машины, включает в себя образованный конструктивными элементами данной тележки равнобедренный (в исходном состоянии машины, когда ось спутниковой антенны 12 проходит через центр основания 5) треугольник, с основанием фиксированной длины m, вдоль измерительной базы 6, и находящимися в вертикальной плоскости частями тросов 8, которые составляют боковые стороны а и b данного треугольника.
Работа устройства согласно полезной модели заключается в следующем.
При движении путевой машины подвижное основание 5 катится по рельсам 2 выправочного пути. Пространственное положение центра подвижного основания 5 меняется в соответствии с текущим положением рельс 2 выправляемого пути. Тросы 8 за счет наличия устройств натяжения 10 также изменяют свое пространственное положение, то есть происходит изменение длин сторон а и b описанного треугольника в зависимости от смещения рельсовых нитей в плане и по высоте. При этом каждый из лазерных дальномеров 7 непрерывно фиксирует изменяющиеся расстояния° а' и b' до отражателей 11. Соответствующие сигналы с выходов лазерных дальномеров 7 поступают в компьютер 14. В компьютере 14, на основании введенных в него данных (постоянной, известной величины m, исходных значений а и b, с учетом радиуса R роликов 9), по заданной программе (с использованием соотношений, известных из геометрии), непрерывно вычисляются значения: h - текущее положение по высоте центра подвижного основания 5 относительно измерительной базы 6 и соответствующее этому значению положение спутниковой антенны 12 относительно подвижного основания 5 по высоте, а также значение 
у - смещение оси подвижного основания 5 в плане относительно вертикальной оси спутниковой антенны 12.
Принцип работы контрольно - измерительной системы в случае использования в качестве измерительных датчиков резистивных или электромагнитных датчиков 18 (фиг.3) аналогичен тому, как это описано выше. При этом сигналы об изменении пространственного положения центра подвижного основания 5, поступающие в бортовой компьютер 14, будут представлять собой те или иные электрические сигналы, соответствующие изменениям параметров датчиков 18.
Таким образом, при движении путевой машины в компьютер 14 синхронно поступает следующая информация:
- текущие координаты фазового центра антенны 12 от спутникового приемника 13, уточняемые данными, поступающими с базовых (или референцных) станций 17,
- угол наклона путевой машины от датчика 15 угла наклона для введения поправок на отклонение оси антенны 12 от вертикали,
- данные о пространственном положении подвижного основания 5 измерительной тележки относительно спутниковой антенны 12, как это описано выше.
По этим данным компьютер 14 непрерывно вычисляет дифференциальные поправки в координаты местоположения антенны 12 путевой машины, редукцию за наклон оси антенны 12 от вертикали на ось выправляемого пути, плановое и высотное смещение вертикальной оси подвижного основании 5 измерительной тележки относительно фазового центра антенны 12, сравнивает текущие, вычисленные значения координат оси пути с проектным значением и выдает исполнительный сигнал на подъемно-рихтовочное устройство 4.
Таким образом, в устройстве, согласно данной полезной модели, задача по определению необходимых данных для формирования сигнала управления подъемно-рихтовочным устройством 4 решается с обеспечением минимизированных динамических нагрузок на спутниковую антенну 12, при одновременном обеспечении «радиовидимости» и с высокоточным определением линейных и угловых перемещений подвижного основания 5 измерительной тележки. Последние являются решающими данными для управления работой подъемно-рихтовочного устройства 4.
Устройство согласно полезной модели является недорогим, надежным в эксплуатации и обеспечивает высокое качество выправки пути.
1. Путевая машина, содержащая опирающуюся на ходовые тележки раму, оснащенную выправочно-рихтовочным оборудованием, контрольно-измерительную систему, бортовой компьютер, при этом контрольно-измерительная система включает спутниковую антенну, спутниковый приемник, устройство для измерения угла наклона путевой машины, связанные с бортовым компьютером, а спутниковый приемник по беспроводной связи связан со снабженными навигационным спутниковым оборудованием опорными (референцными) станциями, установленными вдоль железнодорожного пути, отличающаяся тем, что указанная контрольно-измерительная система включает измерительную тележку, содержащую подвижное, контактирующее с рельсами выправочного пути основание и измерительную базу, жестко установленную в нижней части рамы путевой машины в плоскости, перпендикулярной направлению движения путевой машины, опорные точки указанной измерительной базы снабжены датчиками линейных перемещений, установленными с возможностью измерения ими изменения положения центра указанного основания измерительной тележки относительно указанной измерительной базы по высоте и в плане, спутниковая антенна жестко установлена в верхней части путевой машины на фиксированной высоте относительно измерительной базы измерительной тележки, при этом фазовый центр спутниковой антенны находится на вертикальной оси, проходящей через центр подвижного основания измерительной тележки в исходном состоянии, выходы указанных датчиков линейных перемещений центра подвижного основания измерительной тележки связаны бортовым компьютером.
2. Путевая машина по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчиков линейных перемещений подвижного основания измерительной тележки она включает установленные вдоль измерительной базы лазерные дальномеры, опорные точки указанной измерительной базы тросами соединены с устройствами натяжения, противоположные концы которых закреплены на измерительной базе, и через установленные на опорных точках измерительной базы ролики - с центром указанного подвижного основания, на указанных тросах в местах их взаимодействия с устройствами натяжения установлены отражатели лазерных дальномеров, выходы лазерных дальномеров связаны с соответствующими информационными входами бортового компьютера.
3. Путевая машина по п.1, отличающаяся тем, что в качестве датчиков линейных перемещений подвижного основания измерительной тележки она включает установленные на подвижных осях в опорных точках измерительной базы два резистивных или электромагнитных датчика линейных перемещений, подвижные контакты которых механически связаны между собой и с центром подвижного основания измерительной тележки.
