Мобильный дефектоскоп-путеизмеритель
С целью повышения эффективности диагностики железнодорожного пути путем обеспечения комплексного проведения замеров путеизмерительных параметров железнодорожного пути и дефектоскопной диагностики, создан мобильный дефектоскоп-путеизмеритель, выполненный в виде вагона, состоящей из кузова и ходовой части и снабженной универсальным автоматизированным диагностическим комплексом, состоящим из путеизмерительной системы, дефектоскопной системы и бортового контрольно-вычислительного комплекса; при этом путеизмерительная система содержит путеизмерительное оборудование, включающее путеизмерительные тележки и снабженное системой управления путеизмерительным оборудованием; дефектоскопная система содержит дефектоскопную тележку, снабженную следящей системой, искательной системой и системой управления, дефектоскоп и регистрирующий программно-аппаратный комплекс, а бортовой контрольно-вычислительный комплекс содержит информационно-измерительную систему, аппаратно-программный комплекс и систему энергоснабжения аппаратуры.
Заявляемая полезная модель относится к мобильным контрольно-измерительным средствам, использующим для этой цели вагон рельсового транспорта и предназначенным для диагностики рельсовых дорог, в частности, для определения параметров рельсового пути и определения дефектов рельсов в процессе движения рельсового транспорта.
Известна автомотриса путеизмерительная, оборудованная кабинами управления, салоном для измерительных работ, а также салоном для отдыха и двумя кабинами повышенной комфортности. Дизель-генератор данной путеизмерительной автомотрисы обеспечивает передвижение во время работы и энергоснабжение измерительной системы автомотрисы (www.czsofia.spb.ru/pm/mdru.html: «Автомотриса путеизмерительная МД-РУ»).
Недостатком известной конструкции является ее ограниченные возможности по определению и обработке лишь путеизмерительных параметров пути, таких как положение пути по ширине колеи, положение пути по уровню и других.
Однако для безопасной эксплуатации железнодорожных путей необходима их регулярная дефектоскопная диагностика с целью обнаружения возможных дефектов рельсов, для которой в настоящее время применяются специальные мобильные дефектоскопные вагоны.
Известна дефектоскопная автомотриса, представляющая собой самоходный реверсивный комплекс ультразвуковой диагностики для дистанции железнодорожного пути с системой автоматической регистрации и обработки сигналов ультразвукового контроля и предназначенная для диагностирования рельсов (http://www.kammash.ru/products/2/amd_3/index.htm; «Автомотриса дефектоскопная АМД-3»; НПП «ВИГОР», г.Кишинев, АО «Камбарский машзавод»).
Указанная дефектоскопная автомотриса обеспечивает отображение на экране монитора дефектограмм всех каналов контроля синхронно со скоростью движения автомотрисы дефектоскопной для оценки качества работы дефектоскопией аппаратуры в процессе контроля; контроля для шифровки оператором с выводом копии изображения на принтер как в процессе контроля, так и на стоянке; запись информации о проконтролированном участке пути на стример для дополнительного хранения; контроль работоспособности системы дефектоскопной аппаратуры.
Однако в данном случае для проведения путеизмерительных замеров дополнительно применяются специально оборудованные путеизмерительные вагоны, что связано с дополнительными значительными материальными расходами на их создание и обслуживание, дополнительными затратами обслуживающего персонала для раздельного выполнения путеизмерительной диагностики.
Задача заявляемого технического решения заключается в повышении эффективности диагностики рельсового пути, заключающейся в обеспечении комплексного подхода к оценке работоспособности железнодорожного полотна с помощью значительного расширения диапазона одновременно диагностируемых параметров.
Поставленная задача решается благодаря созданию мобильного дефектоскопа - путеизмерителя, характеризующегося тем, что он выполнен в виде вагона, состоящего из кузова, ходовой части и снабженного универсальным автоматизированным диагностическим комплексом, состоящим из путеизмерительной системы, дефектоскопной системы и бортового контрольно-вычислительного комплекса; при этом путеизмерительная система содержит путеизмерительное оборудование, включающее путеизмерительные тележки и снабженное системой управления путеизмерительным оборудованием; дефектоскопная система содержит дефектоскопную тележку, снабженную следящей системой, искательной системой и системой управления, дефектоскоп и регистрирующий программно-аппаратный комплекс; а бортовой контрольно-вычислительный комплекс содержит информационно-измерительную систему, аппаратно-программный комплекс и систему энергоснабжения аппаратуры.
Выполнение мобильного дефектоскопа-путеизмерителя в виде вагона, оснащенного универсальным автоматизированным диагностическим комплексом, позволяет проводить комплексную диагностику рельсовых путей в процессе передвижения в составе поезда, на значительные расстояния, в течение нескольких недель.
Вагон, снабженный универсальным автоматизированным диагностическим комплексом, состоящим из путеизмерительной системы, дефектоскопной системы и бортового контрольно-вычислительного комплекса, позволяет осуществить системный подход к оценке работоспособности железнодорожного полотна с помощью
значительного расширения диапазона одновременно диагностируемых параметров пути, обеспечивает его универсальность и многофункциональность путем осуществления за один проезд по контролируемому участку замеров параметров рельсового пути и дефектоскопную диагностику рельсов.
Наличие универсального автоматизированного диагностического комплекса позволяет повысить эффективность диагностики железнодорожного пути благодаря расширению базы данных диагностируемых параметров для их комплексного анализа, а также обеспечить перспективные возможности разработки новых анализируемых параметров состояния пути.
Универсальный автоматизированный диагностический комплекс, снабженный бортовым контрольно-вычислительным комплексом, позволяет осуществлять замеры и анализ комплексных параметров, благодаря чему повышается качество и достоверность диагностики, повышается скорость замеров, быстрота и удобство анализа результатов измерений.
Изготовление мобильного дефектоскопа-путеизмерителя обеспечивает экономию материальных средств по сравнению с изготовлением узкоспециализированных вагонов - путеизмерительного и дефектоскопного, а также сокращение затрат на его эксплуатацию.
Кроме того, уменьшается численность обслуживающего персонала, сокращается время, затрачиваемое на комплексную диагностику состояния пути и уменьшается загруженность железнодорожных путей при их диагностике, а также повышается степень автоматизации управления диагностическим процессом и уровень эргономики.
Наличие отличительных признаков в заявляемом техническом решении позволяет сделать вывод о его соответствии условию патентоспособности «новизна». Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления.
Устройство мобильного дефектоскопа-путеизмерителя поясняется изображениями,
где на фиг.1 - представлен общий вид мобильного дефектоскопа-путеизмерителя,
фиг.2 - общий вид мобильного дефектоскопа-путеизмерителя в плане;
фиг.3 - структурная схема универсального автоматизированного диагностического комплекса;
фиг.4 - структурная схема путеизмерительной системы;
фиг.5 - фото путеизмерительной тележки;
фиг.6 - структурная схема дефектоскопной системы;
фиг.7 - общий вид дефектоскопной тележки;
фиг.8 - структурная схема дефектоскопа;
фиг.9 - структурная схема регистрирующего программно-аппаратного комплекса;
фиг.10 - структурная схема бортового контрольно-вычислительного комплекса.
Мобильный дефектоскоп-путеизмеритель выполнен в виде вагона, состоящего из кузова 1, ходовой части, содержащей две ходовые тележки 2. В кузове 1 выполнены аппаратное отделение 3 (фиг.2) для размещения в нем необходимой аппаратуры и механизмов, ремонтное отделение 4, отделение для отдыха обслуживающего персонала 5 и бытовое отделение 6, обеспечивающее комфортные условия для работы и отдыха.
Вагон предназначен для размещения силового, электрического, пневматического и другого необходимого для работы оборудования, а также для прицепного передвижения по рельсам.
На вагоне размещен универсальный автоматизированный диагностический комплекс 7 (УАДК) (фиг.3), состоящий:
- из путеизмерительной системы 8, содержащей путеизмерительное оборудование 9, снабженное путеизмерительными тележками 10 и системой управления путеизмерительным оборудованием 11;
- из дефектоскопной системы 12, содержащей дефектоскопную тележку 13, снабженную следящей системой 14, искательной системой 15 и системой управления 16, дефектоскоп 17 и регистрирующий программно-аппаратный комплекс 18 (РПАК);
- из бортового контрольно-вычислительного комплекса 19 (БКВК), содержащего информационно-измерительную систему 20 (ИИС), аппаратно-программный комплекс 21 (АПК) и систему энергоснабжения аппаратуры 22 (СЭА).
Путеизмерительное оборудование 9 (фиг.4) состоит из следующих механизмов, которые разделяются по своему функциональному назначению и позволяют проводить измерения на прямых и на криволинейных участках пути: механизм измерения взаимного положения рельсовых нитей по высоте - механизм измерения уровня 23, включающего корректор уровня 24; механизм измерения ширины колеи - механизм измерения шаблона 25; механизм измерения стрел изгиба рельсовых нитей в горизонтальной плоскости пути - механизм измерения рихтовки 26;
механизм измерения стрел изгиба рельсовых нитей в вертикальной плоскости - механизм измерения просадки 27.
Все вышеперечисленные путеизмерительные механизмы измерения 23, 25, 26, 27 снабжены измерительными колесами 28 (фиг.5), непосредственно контактирующими с рельсами, а также механизмами, передающими перемещения измерительных колес 28 относительно кузова 1 на датчики перемещений БКВК 19.
Механизм измерения шаблона 25 и механизм измерения рихтовки 26 состоят из путеизмерительной тележки 10 (фиг.4, 5), каждая из которых состоит из механизма перемещения измерительных колес 29, несущей траверсы 30, шарнирно-параллелограммного механизма 31, механизма прижима путеизмерительной тележки 32, который осуществляет прижим путеизмерительной тележки 10 к рельсам.
Путеизмерительные тележки 10 установлены под кузовом 1 вагона на рамах ходовых тележек 2, одна из которых установлена под бытовым отделением 6 вагона, а две другие размещены у противоположного конца вагона (фиг.1).
Каждая путеизмерительная тележка 10 имеет возможность самоустанавливаться в поперечной плоскости пути независимо от положения рамы ходовой тележки 2, отслеживая ребордами измерительных колес 28 внутренние боковые грани головок рельсов. Такое независимое устойчивое движение возможно за счет шарнирно-параллелограммного механизма 31, который связывает путеизмерительную тележку 10 и раму ходовой тележки 2.
Система управления путеизмерительным оборудованием 11 снабжена комплектом микроконтроллерных модулей 33, который управляет соответствующими элементами пневматической системы 34 (фиг.4). Комплект микроконтроллерных модулей 33 объединен в единую информационную сеть.
Дефектоскопная тележка 13, являющаяся составной частью дефектоскопной системы 12, обеспечивает слежение за осью рельса и предназначена для установки на ней следящей системы 14, искательной системы 15, системы управления 16 и обеспечения необходимых условий для их работы.
Дефектоскопная тележка 13 состоит из рамы 35, на которой закреплены два шарнирно-параллелограммных механизма 36, концы которых соединены продольной балкой 37, на которой закреплена искательная система 15 (фиг.7).
Шарнирно-параллелограммный механизм 36 позволяет дефектоскопной тележке 13 самоустанавливаться на закруглениях, неровностях и возвышениях пути.
Следящая система 14 обеспечивает ориентацию искательной системы 15 относительно головки рельса, а также осуществляет возможность проезда вагоном стрелочных переводов без снижения скорости движения.
Искательная система 15 имеет в своем составе лыжу искательную 38, на которой закреплены ультразвуковые датчики 39, и лыжу магнитную 40, на которой расположены магнитные датчики 41.
Система управления 16, осуществляющая управление следящей 14 и искательной 15 системами, обеспечивает перевод следящей системы 14 и искательной системы 15 из рабочего положения в транспортное, фиксацию искательной лыжи 38 и магнитной лыжи 40, а также регулирует усилие прижатия этих лыж к рельсам.
Система управления 16 состоит из комплекта микроконтролллерных модулей 42 и соответствующих элементов пневматической системы 43.
Дефектоскопная система 12 содержит дефектоскоп 17, состоящий из корпуса 44 (фиг.8), в котором установлены блок питания 45, блок магнитного канала 46, блок генераторно-усилительный 47, внутренняя шина 48, контроллер управления 49, оптопара 50, контроллер сопряжения ПК 51, комплект магнитных датчиков 41, комплект ультразвуковых датчиков 39, пульт дистанционной отметки 52 и датчик угла поворота 53.
Работа ультразвукового и магнитного каналов дефектоскопией системы 12 согласуется импульсами синхронизации. С датчика угла поворота 53 через оптопару 50 в контроллер управления 49 дефектоскопа 17 поступают импульсы синхронизации, скважность и частота которых линейно зависят от скорости движения
Работа ультразвукового канала дефектоскопной системы 12 основана на способности ультразвуковых колебаний отражаться от несплошностей или различных неоднородностей в металле рельса (дефекты, стыки, болтовые отверстия и т.п.) или от подошвы рельса.
Импульсы ультразвуковых колебаний преобразуются пьезоэлектрическими преобразователями в электрические импульсы, которые усиливаются и подаются на дальнейшую обработку и регистрацию.
Работа искательной системы 15 магнитного канала дефектоскопной системы 13 основана на улавливании, выявлении зон дефекта с резко выраженной
неоднородностью магнитного поля магнитными датчиками 41, закрепленными на магнитных лыжах 40.
Регистрирующий программно-аппаратный комплекс РПАК 18 (фиг.9) предназначен для проведения контроля рельсов магнитным и ультразвуковым методами в качестве регистратора записи сигналов от дефектоскопа 17 на персональный компьютер 54, регистрации текущей координаты пути и скорости движения вагона, визуализации и расшифровки записанной информации при совмещении ультразвукового и магнитного проездов.
В состав РПАК 18 входят, по меньшей мере, три персональных компьютера 54, объединенных в локальную сеть, снабженную принтером 55, что делает работу РПАК 18 более гибкой, а также пульт отметки координаты пути 56.
Бортовой контрольно-вычислительный комплекс 19 (БКВК) (фиг.10) предназначен для подготовки априорной информации измеряемого участка пути, оперативного управления работой мобильного дефектоскопа-путеизмерителя в процессе контроля и оценки геометрических параметров рельсовой колеи, контроля и обработки параметров движения дефектоскопа-путеизмерителя в реальном масштабе времени, уточнения параметров исследуемого участка пути (координаты километровых столбов, переездов, стрелочных переводов и др.), формирования информации с целью анализа и планирования работ по текущему содержанию и ремонтам пути.
БКВК 19 обеспечивает: преобразование перемещений измерительных механизмов дефектоскопа-путеизмерителя в электрические сигналы, осуществление их обработки с целью получения информации о геометрических параметрах рельсовой колеи (ширина колеи, положение рельсовых нитей по уровню, просадки рельсовых нитей, положение пути в плане); получение дополнительной информации (скорость движения мобильного дефектоскопа-путеизмерителя, время, управляющие воздействия оператора, отметка момента проезда зоны контррельса стрелочного перевода и т.д.); обработку полученной информации с целью выявления отступлений геометрических параметров рельсовой колеи от норм содержания; визуализацию и регистрацию геометрических параметров рельсовой колеи, параметров выявленных отступлений от норм содержания и необходимых ограничений скоростей движения, дополнительной информации (скорость движения мобильного дефектоскопа-путеизмерителя, текущие время и координата по пути, административное деление, стрелочные переводы, мосты, тоннели, километровые столбы и т.д.), технического состояния аппаратных средств
дефектоскопа-путеизмерителя; обработку информации о выявленных отступлениях геометрических параметров рельсовой колеи от норм содержания в соответствии с их количественной и качественной оценкой и с целью обеспечения ее долговременного хранения и выдачи форм отчетной документации.
В состав ИИС 20 входят комплект первичных датчиков-преобразователей 57, комплект микроконтроллерных модулей сбора датчиковой информации 58, блок датчиков угла наклона дефектоскопа-путеизмерителя 59, систему датчиков контроля состояния путеизмерительного оборудования 60.
В состав АПК 21 входят сервер первичной датчиковой информации 61 (СПДИ), автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора 62, АРМ бригадира 63, АРМ оператора постобработки 64.
В состав СЭА 22 входят устройство бесперебойного электропитания 65, помехоподавляющие фильтры 66, блок питания 67, обеспечивающий питание ИИС 20 и системы управления путеизмерительного оборудования 11.
ИИС 20 служит для формирования и сбора информации о положении как отдельных измерительных механизмов путеизмерительной системы 8 (фиг.3), так и параметров движения мобильного дефектоскопа-путеизмерителя в целом.
«Привязка» измеряемых мобильным дефектоскопом-путеизмерителем параметров к конкретной точке пути производится посредством датчика пути и скорости, представляющего собой магнитоэлектронный блок.
Информация о наклоне дефектоскопа-путеизмерителя формируется датчиками, объединенными в блок датчиков угла наклона 59 дефектоскопа-путеизмерителя.
Датчики измерения перемещений взаимного положения измерительных механизмов дефектоскопа-путеизмерителя определяются оптоэлектронными датчиками углового положения.
Датчики контроля стрелочных переводов представляют собой индуктивные датчики положения.
Все датчики ИИС 20 подключаются к микроконтроллерным интерфейсным модулям сбора и обработки информации, связанным между собой информационной сетью.
Программное обеспечение микроконтроллеров обеспечивает одновременную фиксацию показаний всех оптоэлектронных датчиков по синхросигналу, поступающему от блока синхронизации в такт с импульсами датчика пути и скорости. По информационной сети преобразованный выходной сигнал оптоэлектронных датчиков, а также информация о состоянии дополнительных датчиков передается на СПДИ 61 (фиг.10).
АПК 21 выполнен в виде нескольких автоматизированных рабочих мест - оператора 62, бригадира 63, оператора постобработки 64 - и сервера первичной датчиковой информации 61 (СПДИ), выполненных на базе персональных компьютеров 54. Все автоматизированные рабочие места связаны сетью Интернет посредством сетевого концентратора и оснащены интерфейсными устройствами, причем на одном и том же компьютере могут параллельно функционировать несколько рабочих мест.
Все автоматизированные рабочие места 62, 63, 64 работают под управлением отдельных частей единого программного комплекса. Программное обеспечение, запускаемое на персональных компьютерах 54 АПК 21, служит как для выполнения непосредственно функций автоматизированных рабочих мест 62, 63, 64 так и для управления работой других элементов БКВК 19.
Программа АРМ оператора 62 предназначена для обработки и регистрации данных, полученных от СПДИ 61, и контроля состояния пути в реальном масштабе времени. При работе в режиме контроля пути программа осуществляет следующие функции:
- отображение на экране монитора данных о состоянии пути в виде путеизмерительной ленты с диаграммами уровня, рихтовок, ширины колеи, просадок, а также объектов пути (стрелки, мосты/тоннели, кривые и пр.), полученных из заранее подготовленного файла маршрута пути;
- точную привязку к реальной железнодорожной координате при помощи специальной кнопки-пикетоотметчика пульта дистанционной отметки 56;
- автоматическую расшифровку параметров пути и определение отступлений от норм содержания пути;
- покилометровая печать листов с диаграммами уровня, рихтовок, ширины колеи, просадок и выводом отступлений, выявленных в ходе автоматической расшифровки параметров пути.
- регистрацию данных, полученных от СПДИ 61 с целью их дальнейшей обработки и просмотра;
- регистрацию результатов автоматической расшифровки параметров пути для программы постобработки данных.
В АРМ бригадира 63 работает программное обеспечение, аналогичное АРМ оператора 62, но работа ведется в режиме просмотра, позволяющем более детально анализировать отдельные участки пути с целью принятия оперативных решений.
Программа АРМ оператора постобработки 64 предназначена для обработки результатов контроля рельсового полотна, их корректировки и заполнения отчетов. Программа обрабатывает данные, полученные во время поездки, в результате чего заполняются:
- ведомость оценки состояния пути, включающая: количество километров с оценкой и средний балл; количество отступлений по видам; покилометровое количество отступлений; средний балл по линейным участкам и отделениям; перечень неудовлетворительных километров; количество километров с оценкой по направлениям; справка о корректировке результатов контроля;
- протокол корректировки результатов контроля;
- оценка станционных путей;
- отступления: 4 степени; 3 степени; 2 степени; 5 степени и сочетания, исключенные из качественной оценки; с ограничением скорости;
- неудовлетворительные километры и их повторяемость.
Наряду с перечисленными программами программное обеспечение включает в себя дополнительную программу, не входящую ни в одно из АРМ - программу, предназначенную для подготовки априорной информации по контролируемому участку пути и ведения базы данных такой информации. Она может быть запущена на любом из компьютеров АПК 21, но в основном используется службой дистанции пути для предварительной подготовки информации. Выходным документом программы является файл маршрута пути, используемый оператором программного обеспечения.
Основная часть АПК 21 располагается в аппаратном отделении 3 мобильного дефектоскопа-путеизмерителя. Лишь АРМ оператора постобработки 64 может быть вынесен в другое помещение, оснащенное сетевой разводкой. Вывод графической и текстовой информации всех АРМ производится на принтер 54.
БКВК 19 питается через СЭА 22 от сети переменного тока. Для питания устройств ИИС 20 и системы управления 11 путеизмерительным оборудованием служит специальный стабилизированный источник постоянного тока.
Информация от датчиков, сформированная ИИС 20, собирается в СПДИ 61 АПК 21 и используется программами автоматизированных рабочих мест 62, 63, 64, и, тем самым, происходит объединение АПК 21, ИИС 20 и системы управления 11 путеизмерительного оборудования в единый бортовой контрольно-вычислительный комплекс БКВК 19.
Таким образом, поставленная задача повышения эффективности диагностики рельсовых путей в процессе движения поезда решается благодаря тому, что заявляемый мобильный дефектоскоп-путеизмеритель, выполненный в виде вагона, оснащенного универсальным автоматизированным диагностическим комплексом, обеспечивает одновременное проведение измерений путеизмерительных и дефектоскопных параметров, позволяет расширить диапазон синхронно регистрируемых параметров, увеличить качество, достоверность результатов обработки и анализа полученных результатов, с возможностью получения дополнительных комплексных результатов анализа, повышающих безопасность эксплуатации железнодорожных путей.
Кроме того, важный результат нового технического решения заключается в повышении экономической эффективности диагностики рельсовых путей за счет изготовления одного вагона с единым мобильным дефектоскопом-путеизмерителем, осуществляющего комплексную диагностику путем одновременного проведения замеров путеизмерительных параметров и дефектоскопных измерений, вместо изготовления отдельных узкоспециализированных вагонов для путеизмерительной и дефектоскопной диагностики.
Мобильный дефектоскоп-путеизмеритель, характеризующийся тем, что он выполнен в виде вагона, состоящего из кузова, ходовой части и снабженного универсальным автоматизированным диагностическим комплексом, состоящим из путеизмерительной системы, дефектоскопной системы и бортового контрольно-вычислительного комплекса, при этом путеизмерительная система содержит путеизмерительное оборудование, включающее путеизмерительные тележки и снабженное системой управления путеизмерительным оборудованием, дефектоскопная система содержит дефектоскопную тележку, снабженную следящей системой, искательной системой и системой управления, дефектоскоп и регистрирующий программно-аппаратный комплекс, а бортовой контрольно-вычислительный комплекс содержит информационно-измерительную систему, аппаратно-программный комплекс и систему энергоснабжения аппаратуры.
