Система контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути

Полезная модель относится к контрольно-измерительным устройствам для проверки состояния железнодорожного полотна и может быть использовано для измерения продольных перемещений рельсовой плети железнодорожного пути. Система контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути содержит рельсовое диагностическое транспортное со средствами дефектоскопии рельсового пути, средствами навигации, диагностической картой участка рельсового пути, выполненной в виде привязанной к координатам базы данных с результатами дефектоскопии и конструктивных элементах рельсового пути и устройством синхронизации данных диагностической карты, диагностическая карта содержит координаты маячных шпал, а транспортное средство - аппаратуру визуальной фиксации и сохранения через устройство синхронизации в диагностической карте изображений маячных шпал с соответствующими метками. Система позволяет быстро и точно определить состояние рельсового пути в окрестности маячных шпал оперативно или в лабораторных условиях. Автоматизированный контроль позволяет повысить производительность труда операторов, дефектоскопистов, а также улучшить качество контроля.

Полезная модель относится к контрольно-измерительным устройствам для проверки состояния железнодорожного полотна и может быть использована для измерения продольных перемещений рельсовой плети железнодорожного пути.

Около 100 лет на железных дорогах применяются бесстыковые (сварные) рельсы с длиной от нескольких сотен метров до километров. Проблемой 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 это проблемы необходим постоянный и информативный способ контроля напряженного состояния бесстыкового рельсового пути.

Известны способы измерения напряжений в рельсовых плетях с использованием различных датчиков: тензометрических [1], магнитных [2], шумов Баркгаузена [3], а также ультразвуковые методы [4].

Недостатком всех перечисленных методов является их высокая сложность, стоимость и трудоемкость.

В Российской федерации для контроля напряженного состояния рельсовых плетей [5] используются маячные шпалы установленные, как правило, напротив пикетных столбов - через 100 метров. Чтобы «маячная» шпала не смещалась, она должна быть всегда хорошо подбита, закладные болты на ней затянуты, типовые клеммы заменены клеммами с уменьшенной выстой ножек, а в качестве прокладок использоваться материалы низким коэффициентом трения. На таких шпалах краской наносятся метки, ФИГ. 1 А) как на рельс, так и на рельсовую подкладку. Такие метки позволяют, например, визуально наблюдать смещение рельса ФИГ. 1 Б) по длине относительно маячной шпалы или, расположенной на ней подкладки рельса. Основными проблемами применения такого способа контроля являются: высокая трудоемкость контроля, связанная с необходимостью длительных пешеходных переходов путевых обходчиков, сложность автоматического контроля, связанная с ложными срабатываниями от посторонних меток и невозможность выполнения контроля в случае загрязнения меток.

Таким образом, основной проблемой проверки состояния деформации железнодорожного полотна является точная привязка технических средств контроля к координатам рельсового пути.

Известно устройство для контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути [6], содержащее два бесконтактных датчика обнаружения метки на рельсовой плети и репере, установленные на рельсовом транспортном средстве.

Недостатком такого устройства являются низкая точность и сложность бесконтактного обнаружения меток и реперов, особенно, если они загрязнены.

Известен способ контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового железнодорожного пути [7], который предполагает размещение меток на различных объектах, окружающих рельсовый путь, которые позволяют обнаружить их, а значит маячную шпалу, и, таким образом, выполнить соответствующие измерения регистрирующим устройством.

Недостатком данного устройства является низкая точность и сложность реализации.

Известен способ контроля угона рельсовых плетей железнодорожного пути [8], заключающийся в том, что продольный сдвиг рельса относительно маячной шпалы осуществляется путем сопоставления сигналов магнитного дефектоскопа от сварного стыка, шпальной подкладки и датчика пути (измерителя координаты) вагона-дефектоскопа.

Недостатком данного способа является низкая точность, связанная с тем, что расстояние между сварным стыком и маячной шпалой может оказаться значительным. Датчик пути (измерителя координаты) вагона-дефектоскопа также обладает существенными погрешностями, которые также могут приводить к ошибкам измерений. Кроме того, из материалов [8] не ясно, каким образом определить маячную шпалу, поскольку сигналы магнитного канала контроля вагона-дефектоскопа объектов типа «маячная шпала» не отличаются от обычных шпальных подкладок, которых устанавливается до 2000 на километр рельсового пути.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели является способ диагностики рельсового пути [9], предполагающий наличие рельсового диагностического транспортного средства, снабженного средствами дефектоскопии рельсового пути, средствами навигации, диагностической картой участка рельсового пути, выполненной в виде привязанной к координатам базы данных с результатами дефектоскопии и конструктивных элементах рельсового пути, а также устройством синхронизации данных диагностической карты, средств навигации и средств дефектоскопии. Отличительной особенностью данного способа являются: использование нескольких дефектоскопических средств (ультразвуковых и магнитных), которые помимо решения основной задачи обеспечивают точную привязку транспортного средства к координатам рельсового пути. Использование диагностической карты позволяет проводить комплексный анализ состояния рельсового пути, как оперативно, так и в лабораторных условиях, оценивать динамику развития процессов и т.п.

Ультразвуковые и магнитные дефектоскопы в принципе позволяют оценить напряженное состояние рельса, однако, этим средствам присущи недостатки, отмеченные выше.

Недостатком [9] является сложность контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути.

Задачей, решаемой заявляемой полезной моделью является создание простого и наглядного способа контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути.

Для решения этой задачи в системе контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути, содержащей рельсовое диагностическое транспортное средство, снабженное средствами дефектоскопии рельсового пути, средствами навигации, диагностической картой участка рельсового пути, выполненной в виде привязанной к координатам базы данных с результатами дефектоскопии и конструктивных элементах рельсового пути, а также устройством синхронизации данных диагностической карты, средств навигации и средств дефектоскопии, диагностическая карта дополнительно содержит координаты маячных шпал, а транспортное средство - аппаратуру визуальной фиксации и сохранения через устройство синхронизации в диагностической карте изображений маячных шпал с соответствующими метками.

Существенные отличия заявляемой полезной модели состоят в следующем.

Диагностическая карта дополнительно содержит координаты маячных шпал. При анализе данных сплошного контроля рельсов координаты маячных шпал позволяют быстро обнаруживать их на рельсовом пути и оперативно оценивать смещение меток. Так при скорости транспортного средства в 60 км/час и маячных шпалах, расположенных на расстоянии 100 м на просмотр каждой метки оператору отводится 6 сек., что вполне достаточно для оценки наличия смещения рельса относительно маячной шпалы и степени деформации рельсовой плети. При лабораторном анализе отпадает необходимость утомительном в сквозном просмотре изображений рельсового пути, а только маячных шпал, а также подозрительных участков обнаруженных средствами дефектоскопии.

В прототипе в диагностической карте отсутствуют сведения о маячных шпалах.

Оборудование транспортного средства - аппаратурой визуальной фиксации и сохранения через устройство синхронизации в диагностической карте изображений маячных шпал с соответствующими метками позволяет осуществлять визуальный, а при необходимости инструментальный контроль деформаций рельсового пути.

В прототипе не рассматривается вопрос визуальной фиксации изображений маячных шпал.

Заявляемую систему иллюстрируют следующие графические материалы:

Фиг. 1 - Фотографии маячных шпал с метками:

А) без смещения рельса;

Б) со смещением.

Фиг. 2 - структурная схема системы, где;

1. Рельсовое транспортное средство;

2. Средства навигации;

3. Средства дефектоскопии;

4. Диагностическая карта;

5. Устройство синхронизации;

6. Аппаратура видеофиксации.

Рельсовое транспортное средство 1 - вагон дефектоскоп и автомотриса и т.п. предназначено для перемещения средств диагностики по участку рельсового пути.

Средства навигации 2 предназначены для определения координат рельсового транспортного средства и включают подсистемы глобальной спутниковой и относительной навигации - одометр и измеритель скорости, например, «от колеса». Точность спутниковой навигации, как правило, не высока и составляет несколько метров. А подсистема относительной навигации способна накапливать ошибку из-за пробуксовки колес и требует периодической привязки к рельсовому пути.

Средства дефектоскопии 3 предназначены для обнаружения дефектов в рельсах и содержат, например, магнитный и ультразвуковой дефектоскопы, основная задача которых - обнаружение дефектов рельсового пути. Однако, кроме основной задачи, магнитный дефектоскоп позволяет обнаруживать конструктивные элементы рельсов: сварные швы, подкладки, стыковые накладки, а ультразвуковой дефектоскоп - болтовые отверстия. Таким образом, дефектоскопы позволяют осуществить точную координатную привязку транспортного средства к рельсовому пути. Средства дефектоскопии, как правило, содержат компьютер и формируют результаты измерений в цифровой форме.

Диагностическая карта 4 - база данных содержит сведения о всех конструктивных элементах рельсового пути, обнаруженных дефектах и т.п. с привязкой к их координатам. Исходными данными для диагностической карты 4 является паспорт участка, который дополняется по результатам проведения дефектоскопических, профилактических, ремонтных и т.п. работ. Сравнение «старых» и «новых» диагностических карт позволяет отслеживать динамику развития процессов. Анализ диагностических карт может производиться оперативно в ходе движения дефектоскопических средств или в лабораторных условиях. Диагностическая карта может размещаться на внешних носителях информации.

Устройство синхронизации 5 предназначено для управления работой и согласования по времени и координатам всех остальных устройств с учетом текущего положения, скорости и относительного положения средств и устройств. В рассматриваемой системе устройство синхронизации обеспечивает формирование диагностической карты 4. Устройство синхронизации 5 реализовано в виде центрального компьютера.

Аппаратура видеофиксации 6 предназначена для фотографирования (видеосъемки) маячных шпал с соответствующими метками. При фотографировании требуется точная привязка момента съемки к маячной шпале, что может быть достигнуто заявляемой системой. В случае видеосъемки могут быть использованы существующие видеокамеры (в современных скоростных вагонах-дефектоскопах применяется множество - до 12 скоростных видеокамер), которые позволяют провести анализ проведенных измерений в лабораторных условиях. Однако, просмотр длительных видеозаписей приводит к быстрой утомляемости дефектоскописта и снижению качества работы.

Работа заявляемой системы контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути, фиг. 2, состоит в следующем. Для нового участка рельсового пути составляется паспорт с указанием основных конструктивных элементов: сварных швов, стрелок и т.п., а также их координат вдоль участка рельсового пути. На основании этих данных составляется диагностическая карта 4 участка пути, которая уточняется после каждого прохода диагностического рельсового транспортного средства 1. При его движении определяют приближенные исходные и текущие координаты транспортного средства 1 с использованием средств навигации 2. Средствами дефектоскопии 3 обнаруживают конструктивные элементы рельсового пути и через устройство синхронизации 5 привязывают их координаты к диагностической карте 4, формируя относительные координаты интересующих элементов участка рельсового пути, в частности, маячных шпал. Эти координаты позволяют оперативно отобразить на экране монитора изображение, Фиг.2 маячной шпалы с соответствующими метками и оценить степень их рассогласования. В лабораторных условиях появляется возможность отобразить оператору только изображения маячных шпал с соответствующими метками.

Таким образом, заявляемая система контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути позволяет достаточно быстро и точно определить состояние рельсового пути в окрестности маячных шпал оперативно или в лабораторных условиях. Автоматизированный (с участием оператора) контроль позволяет повысить производительность труда операторов, дефектоскопистов, а также улучшить качество контроля.

Источники информации:

1. Патент CN 203032699.

2. Патент US 2014145710.

3. Патент RU 2521114.

4. Патент US 2014123761.

5. Технические указания по устройству, укладке, содержанию и ремонту бесстыкового пути ТУ-2000 МОСКВА «ТРАНСПОРТ» http://www.norm-load.ru/SNiP/Data1/9/9431/index.htm.

6. Патент RU 2174082.

7. Патент RU 94936.

8. Патент RU 2492088

9. Патент RU 2521095.

Система контроля деформации рельсовых плетей бесстыкового рельсового пути, содержащая рельсовое диагностическое транспортное средство, снабженное средствами дефектоскопии рельсового пути, средствами навигации, диагностической картой участка рельсового пути, выполненной в виде привязанной к координатам базы данных с результатами дефектоскопии и конструктивных элементах рельсового пути, а также устройством синхронизации данных диагностической карты с данными средств навигации и средств дефектоскопии, отличающаяся тем, что диагностическая карта дополнительно содержит координаты маячных шпал, а транспортное средство - аппаратуру визуальной фиксации и сохранения через устройство синхронизации в диагностической карте изображений маячных шпал с соответствующими метками.