Наземный диагностический контрольно-вычислительный комплекс
Содержащаяся в комплексе система, выполненная с возможностью контроля перекоса осей колесных пар, включает в себя высококачественный генератор, коммутатор, четыре локальных матричных вихретоковых преобразователя, закрепленных на внутренних сторонах шеек рельсов пути, блок обработки информации, связанный с вихретоковыми преобразователями и через аналого-цифровой преобразователь с видеоконтрольным аппаратом. Тензометрическая система контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона состоит из весоизмерительной платформы с контрольным участком пути с установленными между рельсами балками и тензодатчиками. Оптоэлектронная система видеоконтроля негабаритности груза и цельности пломбы горловины цистерны состоит из П-образных ворот, на которых размещены инфракрасные датчики и телевизионная камера, видеомагнитофона, блока индикации, блока обработки информации, подключенного выходом к видеомагнитофону, и блока сопряжения, подключенного к выходам инфракрасных датчиков и телевизионной камеры. Электронная вычислительная машина предназначена для обработки и хранения поступающей с упомянутых систем информации. Технический результат - повышение точности и достоверности контроля технического состояния железнодорожного подвижного состава. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к информационным системам комплексной диагностики технического состояния объектов подвижного состава железнодорожного транспорта, а именно контроля перекоса осей колесных пар и износа колес по их образующей поверхности, массы и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона, негабаритности подвижного состава, а также инспекции цельности пломб на крышках заливных горловин цистерн при движении поезда и может быть использовано в диспетчерских и др. железнодорожных пунктах контроля.
Известны наземные диагностические комплексы [1], содержащие вихретоковую систему [2] для контроля перекоса осей колесных пар и износа колес по их образующей поверхности, состоящую из высокочастотного генератора, коммутатора, четырех локальных матричных вихретоковых преобразователей, размещенных попарно в двух поперечных сечениях максимальных левого и правого превышений уровней поверхностей катания рельсовых нитей пути и закрепленных на внутренних сторонах шеек нитей пути, при этом катушки индуктивности матричных преобразователей включены в колебательные контуры, связанные через коммутатор с выходом генератора, анализирующего блока, ЭВМ, соединенный с выходами матричных преобразователей через анализирующий блок, и регистратора, и оптоэлектронную систему [3] видеоконтроля негабаритности подвижного состава, состоящую из П-образных ворот, инфракрасных датчиков и телевизионной камеры, размещенных на стойках и перекладине ворот, видеомагнитофона, ЭВМ, соединенной входной шиной с датчиками и камерой через видеомагнитофон, и регистратора. Функциональные возможности этих комплексов ограничены, а точность и достоверность контроля недостаточны. Вихретоковая система обладает высокими эксплуатационной надежностью и помехоустойчивостью к механическим воздействиям и агрессивным средам, а также локальностью контроля, обеспечивающей одновременное измерение в одной точке движущегося объекта контроля несколько геометрических параметров. Высокая локальность зоны контроля достигается взаимным сближением катушек к оси симметрии матричного преобразователя. Однако такая его конструкция вызывает сильную электромагнитную связь между катушками локального матричного преобразователя, которую полностью не удается устранить одной коммутацией. Остаточная электромагнитная связь катушек - величина переменная и порождается тем, что возбужденный током колебательный контур наводит вихревые токи не только в электропроводящем объекте контроля, но и в катушках индуктивности колебательных контуров, не возбужденных током, индуктивность и емкость которых меняются от изменения параметров объекта, что обусловливает внесение погрешности на характеристики возбужденного током колебательного контура. Неудовлетворительные точность и достоверность контроля оптоэлектронной системы обусловлены тем, что открытые оптические поверхности инфракрасных датчиков подвержены воздействию осадков и световой (солнечной) засветки. Наиболее близким техническим решением к заявляемому представляется наземный диагностический контрольно-вычислительный комплекс, содержащий систему диагностики состояния колес по их образующей поверхности, состоящую из инфракрасных датчиков, снабженных светофильтрами и работающих на отражение, и магнитофона, связанного с инфракрасными датчиками, тензометрическую систему контроля массы груза и неравномерности загрузки, состоящую из тензодатчиков, измеряющих вертикальные статические нагрузки колес на рельсы, и усилителя, соединенного с выходами тензодатчиков, и оптоэлектронную систему контроля негабаритности подвижного состава или выступающих элементов за его габарит, состоящую из инфракрасных датчиков, работающих на прерывание, и видеомагнитофона, связанного с выходами инфракрасных датчиков, интерфейс, ЭВМ, соединенную входом с выходами систем через интерфейс, и регистратор [4] . Основным достоинством комплекса являются его широкие функциональные возможности, позволяющие одновременно контролировать состояние объектов подвижного состава на его ходу в едином времени. Точность и достоверность контроля геометрических параметров колесных пар инфракрасными датчиками низкие вследствие сильной засоренности зоны контроля каплями воды, нефтепродутов, наличия тумана, обледенения и др. взвесей (песок, пыль, снег и др.), поднимаемых с поверхности земляного полотна скоростным напором движущегося поезда, причем перекосы осей колесных пар не контролируется. Точность и достоверность контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона тензодатчиками, установленными нормально горизонту, низкие из-за того, что помимо действия нормальной (вертикальной) составляющей нагрузки на каждое колесо тележки вагона действует и тангенциальная (горизонтальная) составляющая нагрузки, вызванная смещением по объему вагона груза (например, сыпучего, жидкого), раскачивающего вагон в плоскости поперечного сечения пути. Инфракрасные датчики габаритов также не обеспечивают удовлетворительную точность и достоверность контроля из-за воздействия на открытые оптические поверхности осадков и др. Сущность изобретения состоит в том, что в наземный диагностический контрольно-вычислительный комплекс (КВК), содержащий вихретоковую систему контроля перекоса осей колесных пар и износа колес по образующей поверхности, тензометрическую систему контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона, состоящую из весоизмерительной платформы с контрольным участком пути четырех тензодатчиков, закрепленных по два на шейках рельсов в двух поперечных сечениях участка пути платформы, и последовательно включенных связанного входами с выходами тензодатчиков усилителя, аналого-цифрового преобразователя и видеоконтрольного аппарата, оптоэлектронную систему видеоконтроля негабаритности груза и цельности пломбы горловины цистерны, состоящую из П-образных ворот, на стойках и перекладине которых размещены инфракрасные датчики и телевизионная камера со светозащитными фильтрами, видеомагнитофона и блока обработки информации, выходами подключенного к видеомагнитофону и входу блока индикации, а входом - к выходу блока сопряжения, входы которого подключены к выходам инфракрасных датчиков и телевизионной камеры, и предназначенную для обработки и хранения поступающей с упомянутых систем информации электронную вычислительную машину, связанную через интерфейс с выходом тензометрической системы контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона, образованным выходом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, и с выходом оптоэлектронной системы видеоконтроля негабаритности груза и цельности пломбы горловины цистерны, образованным выходом блока обработки информации, первая вышеупомянутая система колес выполнена дополнительно с возможностью контроля перекоса осей колесных пар и включает в себя высокочастотный генератор, коммутатор, через локальных матричных вихретоковых преобразователя, размещенных попарно в двух разноуровневых поперечных сечениях максимальных левого и правого превышений поверхностей катания рельсовых нитей прямолинейного участка пути и закрепленных на внутренних сторонах шеек рельсов пути, электронные ключи, каждый из которых выполнен в виде двух встречно и параллельно соединенных тиристоров, включенных между соответствующими катушкой индуктивности матричного вихретокового преобразователя и конденсатором, образующими колебательный контур, причем управляющие электроды тиристоров каждого из ключей объединены и подключены через коммутатор к выходу высокочастотного генератора, блок обработки информации, входами связанный с выходами матричных вихретоковых преобразователей, а выходом - с входом аналого-цифрового преобразователя, один из выходом которого соединен с входом видеоконтрольного аппарата, а другой выход является выходом системы, подключенным к электронной вычислительной машине, тензометрическая система контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона снабжена двумя дополнительными тензодатчиками, при этом балки установлены между рельсами в поперечных сечениях контрольного участка пути и жестко закреплены на шейках рельсов в непосредственно близости от мест размещения основных тензодатчиков, причем дополнительные тензодатчики закреплены на балках и выходами связаны с входами усилителя. Оптоэлектронная система видеоконтроля негабаритности груза и цельности пломбы может быть снабжена навесом, установленным над П-образными воротами. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности движения поездов за счет обеспечения комплексной диагностики состояния подвижного состава, осуществляемой измерительными средствами с высокими метрологическими и эксплуатационными показателями. На фиг.1 приведена структурная схема наземного КВК; на фиг.2 - размещение локального матричного ВТП на шейке рельса; на фиг.3 - схема включения катушек матричного ВТП в колебательный контур; на фиг.4 - весоизмерительная платформа с элементами контроля; на фиг.5 - П-образные ворота с каналами ИК-датчиков и камеры; на фиг.6 - фрагмент размещения контрольных участков в путевом проходе. Наземный КВК (фиг. 1) содержит вихретоковую систему контроля перекоса осей колесных пар и износа колес по их образующей поверхностей, тензометрическую систему 2 контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона, оптоэлектронную систему 3 видеоконтроля негабаритности груза и цельности пломб на заливных крышках цистерн и последовательно соединенные интерфейс 4, ЭВМ 5 с обобщенным программным обеспечением и регистратор 6, при этом системы 1 - 3 выходами соединены с входом интерфейса 4. Система 1 состоит из высокочастотного генератора 7, коммутатора 8, четырех локальных матричных ВТП 9, 10, 11, 12, блока 13 обработки, соединенного входами с выходами ВТП, связанных входами через коммутатор 8 с выходом генератора 7, и последовательно соединенных АЦП 14 и ВКА 15. Каждый из ВТП 9-12 выполнен в виде трех катушек 16, 17, 18 индуктивности, одна из которых, например 16 - произвольной формы намотки, две другие - вытянуто-прямоугольной и треугольной форм намоток. Катушки 16 расположена в плоскости, перпендикулярной плоскости, в которой расположены две другие катушки 17, 18 (фиг. 2), образуя совместно с ними ортоганальную Г-образную электромагнитную матрицу. Катушка 17 треугольной намотки вписана в плане вершинами в три угла внутреннего контура катушки 18 вытянуто-прямоугольной намотки, а линия пересечения плоскостей катушки 16 и катушек 17, 18 проходит за пределами их площадей и вдоль большого основания катушки 16 вытянуто-прямоугольной намотки. Матричные ВТП 9-12 размещают попарно в двух разноуровневых поперечных сечениях прямолинейного участка пути и закрепляют их к внутренним сторонам шеек рельсовых нитей торцами совмещенных катушек 17, 18, противоположными торцами, к которым примыкают катушки 16, при этом положение ВТП должно быть таким, чтобы плоскость, в которой лежит катушка 16, была параллельна плоскости торца колеса. Для увеличения чувствительности контроля катушки 16-18 каждого ВТП 9-12 (фиг. 3) включены в колебательные контуры, настроенные с помощью емкостей 19 в резонанс частоты генератора 7. Колебательные контуры снабжены электронными ключами 20, включенными в электрическую цепь между катушкой 16 (17, 18) и емкостью 19 каждого колебательного контура. Когда на колебательный контур не подается ток генератора 7, то электрическая цепь этого контура разорвана ключом 20 и его индуктивность и емкость становятся пассивными к электромагнитному полю, наводимому колебательным контуром, возбужденным током в данный момент. Размыкание элементов контура значительно снижает их паразитные электромагнитные связи с катушками других контуров. В качестве электронного ключа 20 может быть, например, сборка двух встречно-параллельно включенных тиристоров типа КУ с объединенными управляющими электродами, связанными с выходом коммутатора 8. Электронный ключ 20 обладает малым сопротивлением, что не снижает существенно добротность колебательного контура, и свойством разрывать электрическую цепь при его обесточивании. Коммутатор 8 предназначен для параллельно чередующегося подключения колебательных контуров, в которые включены катушки 16 - 18 матричных ВТП 9-12, к генератору 7, т.е. по одной катушке одновременно всех ВТП, затем по следующей катушке и т. д. с заданной частотой коммутации. Блок 13 снабжен локальным программным обеспечением и предназначен для усиления выходных сигналов ВИП 9-12, формирования опорного напряжения и вычисления измеряемых параметров ходовых частей подвижного состава в соответствии с алгоритмом, заложенным в приданной программе, и представления их в виде аналогичного напряжения. Блок 13 выходом подключен к входу АЦП 14, предназначенного для преобразования напряжения из аналоговой формы в цифровую с дальнейшим его наблюдением на экране ВКА 15. Система 2 (фиг. 4) состоит из весоизмерительной платформы 21 с контрольным участком пути, источника 22 питания (фиг.1), четырех основных Т-датчиков 23, 24, 25, 26, закрепленных по два на шейках рельсовых нитей в двух поперечных сечениях участка пути платформы, отстоящих друг от друга на расстоянии S = (1,4-2,0) м, двух балок 27, 28, двух дополнительных Т-датчиков 29, 30, закрепленных на балках 27, 28, последовательно соединенных усилителя 31, входами связанного с выходами основных и дополнительных Т-датчиков 23-26, 29, 30, подключенных к источнику питания 22, и последовательно соединенных АЦП 32 и ВКА 33. Балки 27, 28 установлены между рельсами участка пути платформы 21 в поперечных сечениях и жестко закреплены к шейкам рельсов в непосредственной близости от сечений, где размещены основные Т-датчики 23, 24 и 25, 26. Величина несовмещения сечений размещения основных Т-датчиков 23-26 и балок 27, 28 обусловлена тем, чтобы зоны жесткого соединения балок с рельсовыми нитями не препятствовали деформации шеек рельсовых нитей от нагрузки в зонах, где закреплены основные Т-датчики 23-26. Основные Т-датчики 23-26 измеряют вертикальные (нормальные) нагрузки PНi колес на рельсы пути, а дополнительные Т-датчики 29, 30 - горизонтальные (тангенциальные) нагрузки PТj колес. Равнодействующая нагрузка P выражается уравнением![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/10/105354.gif)
Формула изобретения
1. Наземный диагностический контрольно-вычислительный комплекс, содержащий систему, выполненную с возможностью контроля износа колес по образующей поверхности, тензометрическую систему контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона, состоящую из весоизмерительной платформы с контрольным участком пути, четырех тензодатчиков, закрепленных по два на шейках рельсов в двух поперечных сечениях участка пути платформы, и последовательно включенных связанного входами с выходами тензодатчиков усилителя, аналого-цифрового преобразователя и видеоконтрольного аппарата, оптоэлектронную систему видеоконтроля негабаритности груза и цельности пломбы горловины цистерны, состоящую их П-образных ворот, на стойках и перекладине которых размещены инфракрасные датчики и телевизионная камера со светозащитными фильтрами, видеомагнитофона и блока обработки информации, выходами подключенного к видеомагнитофону и входу блока индикации, а входом - к выходу блока сопряжения, входы которого подключены к выходам инфракрасных датчиков и телевизионной камеры, и предназначенную для обработки и хранения поступающей с упомянутых систем информации электронную вычислительную машину, связанную через интерфейс с выходом тензометрической системы контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона, образованным выходом соответствующего аналого-цифрового преобразователя, и с выходом оптоэлектронной системы видеоконтроля негабаритности груза и цельности пломбы горловины цистерны, образованным выходом блока обработки информации, отличающийся тем, что первая упомянутая система колес выполнена дополнительно с возможностью контроля перекоса осей колесных пар и включает в себя высокочастотный генератор, коммутатор четыре локальных матричных вихретоковых преобразователя, размещенных попарно в двух разноуровневых поперечных сечения максимальных левого и правого превышений поверхностей катания рельсовых нитей прямолинейного участка пути и закрепленных на внутренних сторонах шеек рельсов пути, электронные ключи, каждый из которых выполнен в виде двух встречно и параллельно соединенных тиристоров, включенных между соответствующими катушкой индуктивности матричного вихретокового преобразователя и конденсатором, образующими колебательный контур, причем управляющие электроды тиристоров каждого из ключей объединены и подключены через коммутатор к выходу высокочастотного генератора, блок обработки информации, входами связанный с выходами матричных вихретоковых преобразователей, а выходом - с входом аналого-цифрового преобразователя, один из выходов которого соединен с входом видеоконтрольного аппарата, а другой выход является выходом системы, подключенным к электронной вычислительной машине, тензометрическая система контроля массы груза и неравномерности загрузки по осям и сторонам вагона снабжена двумя балками и двумя дополнительными тензодатчиками, при этом балки установлены между рельсами в поперечных сечениях контрольного участка пути и жестко закреплены на шейках рельсов в непосредственной близости от мест размещения основных тензодатчиков, причем дополнительные тензодатчики закреплены на балках и выходами связаны с входами усилителя. 2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что оптоэлектронная система видеоконтроля негабаритности груза и цельности пломбы снабжена навесом, установленным над П-образными воротами.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6