подвижного состава

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть ис- пользовано при создании современного диагностического комплекса для контро- ля колесных пар подвижного состава при их движении по железной дороге в ре- альном времени.

Предшествующий уровень техники

В настоящее время, в связи с ростом скоростей движения рельсового транс- порта, актуальной становится задача объективного контроля за техническим со- стоянием железнодорожного подвижного состава. Одним из узлов железнодо- рожного вагона, требующим постоянного контроля является колесная пара. Про- водимые периодические осмотры колесных пар на станциях требуют значитель- ных временных затрат, что существенно увеличивает время в пути. При этом при осмотрах присутствует элемент субъективизма, т.к. качество осмотра зависит от квалификации осмотрщика вагонов, количества обслуживаемого персонала и т.п. Для исключения элементов субъективизма необходим приборный бесконтактный комплекс диагностического контроля, позволяющий в реальном времени при движении состава измерять основные параметры колесных пар.

Известна установка для измерения параметров качения колеса железнодо- рожного вагона (см. патент РФ N°2153432, кл. В61К 9/12, 2000г.), основанная на измерении параметров профиля колеса при его прокатывании со скоростью ма- неврирования наружным краем поверхности качения по специальной стальной плите и одновременном облучении источником света с плоским лучом внутрен- ней части поверхности катания колеса. Синхронно с облучением производят за- хват изображения светящегося профиля колеса при помощи телекамеры и после дальнейшей обработки полученного изображения на ЭВМ, осуществляют визуа- лизацию измеренного профиля на мониторе.

Известная установка позволяет автоматизировать процесс измерения пара- метров качения колеса, но при этом имеет три существенных недостатка.

Во-первых, для измерения используется специальная установка, которая ме- ханически удерживает колесо на стальной плите, захватывающей только наруж- ную часть поверхности качения. Поэтому невозможно осуществлять контроль в реальном времени при движении состава, а возможно проводить процесс измере- ния только на скорости маневрирования вагонов.

Во-вторых, известная установка не позволяет существенно ускорить время проведения технического осмотра по сравнению с традиционным осмотром со- става осмотрщиками, из-за того, что необходимо дополнительно контролировать состояние букс колесной пары, привлекая для этого тех же осмотрщиков или дру- гую специальную установку.

Известно устройство для контроля износа гребня колесной пары подвижно- го состава, содержащее оптический измерительный блок, включающий источник света, направляющий свет на поверхность гребня колеса и фотоприемник, прини- мающий отраженное от поверхности гребня излучение с предельным вертикаль- ным подрезом (см. а.с. СССР 21 1 128, кл. В61 9/12, 1986 г.).

Известное устройство позволяет производить контроль гребня колеса в ре- альном времени во время движения подвижного состава. Однако оно имеет не- сколько существенных недостатков.

Во-первых, оно имеет узкофункциональное назначение, т.е. контролирует только подрез гребня колеса, а, следовательно, как и вышеприведенная установка, требует дополнительного оборудования для обеспечения полного диагностиче- ского контроля колесной пары, таких как высота гребня, ширина и толщина обо- да, диаметр по поверхности катания, расстояние между внутренними гранями ко- лес, сползание буксы колеса.

Во-вторых, для получения воспроизводимых достоверных значений, при- годных для практического применения, необходимо жестко фиксировать фото- приемник относительно тележки вагона, т.к. при вибрации рельса измеренные значения будут значительно отличаться от реальных величин.

Наиболее близким по технической сути к заявляемому техническому реше- нию (прототипом), является комплекс диагностического контроля колесных пар подвижного состава (см. патент РФ на полезную модель N°28348, кл. В61К 9/12, 2003 г.) содержащий оптические блоки для измерения положения внутренних и внешних поверхностей колес, расположенные снаружи и/или внутри рельсового пути, а также один или несколько датчиков положения колесной пары относи- тельно рельсового пути, при этом выходы всех оптических блоков и датчиков по- ложения колесной пары подключены к вычислительному устройству. Известный комплекс позволяет автоматизировать процесс измерения кон- троля колесных пар подвижного состава, но при этом имеет свой существенный недостаток.

Он заключается в том, комплекс при работе в реальных условиях железной дороги может давать сбои в работе. Это связано с наличием сильных промышлен- ных помех и приводит к тому, что информация с оптических блоков измерения положения внутренних и внешних поверхностей колес и датчиков положения ко- лесной пары относительно рельсового пути не доходит или доходит не в полном объеме до вычислительного устройства, которое в свою очередь, не может рас- считать рабочие параметры колес и определить пригодность колесной пары в це- лом к дальнейшей эксплуатации. Пропуск информации даже об одной колесной паре, требует дополнительного обследования нескольких вагонов или целого по- езда на пункте технического осмотра ближайшей узловой станции, оснащенной аппаратурой диагностического контроля, т.к. из-за частичного пропуска инфор- мации даже об одной колесной паре, не всегда понятно какая информация и о ка- кой колесной паре и какого вагона потеряна.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего технического решения является устранение указанного недостатка, а именно, повышение информативности и достоверности диагности- ческого контроля за счет устранения влияния промышленных помех на работу комплекса.

Указанная цель в комплексе диагностического контроля колесных пар под- вижного состава, содержащем оптические блоки для измерения положения внут- ренних и внешних поверхностей колес, расположенные снаружи и/или внутри рельсового пути, а также один или несколько датчиков положения колесной пары относительно рельсового пути, при этом выходы всех оптических блоков и датчи- ков положения колесной пары подключены к вычислительному устройству, ре- шена тем, что каждый из оптических блоков и датчиков положения колесной па- ры выполнен в виде автономного микропроцессорного модуля, соединенного че- рез внутреннюю информационную шину с общим локальным вычислительным устройством, выход которого через общую информационную шину соединен с сетью передачи данных железной дороги. Указанное выполнение комплекса, за счет выполнения каждого из оптиче- ских блоков и датчиков положения колесной пары в виде автономного микропро- цессорного модуля, позволяет производить предварительную обработку инфор- мации непосредственно в месте ее получения и передавать в вычислительное уст- ройство закодированную цифровую информацию в виде «цифрового портрета» целого вагона. Указанная информация снабжена дополнительными параметрами, позволяющими даже при ее частичной потере при передаче восстанавливать пер- воначальный «цифровой портрет».

Для ускорения обработки и передачи цифровой информации от оптического блока к общему локальному вычислительному устройству, каждый автономный микропроцессорный модуль выполнен в виде функционально законченного бло- ка, состоящего из оптического датчика модуля, включающего лазер, оптический приемник и блок их управления, выход которого подключен к микропроцессор- ному устройству.

Таким образом, за счет ускоренной обработки и передачи информации в цифровом виде удается в реальном времени отправлять готовые «информацион- ные образы» вагонов в сеть данных железной дороги, при этом сама передаваемая информация уже не подвержена искажению. Благодаря указанной передаваемой информации можно избежать диагностического контроля в пунктах технического осмотра «годных» вагонов и сосредоточить все внимание только на тех вагонах, которые действительно нуждаются в срочном ремонте.

Для повышения виброустойчивости комплекса, каждый оптический блок ус- тановлен на автономной виброустойчивой платформе или все оптические блоки установлены на общей виброустойчивой платформе.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого комплекса, все оптиче- ские блоки которого установлены на общей виброустойчивой платформе, содер- жащая: колеса 1 колесной пары с буксами 2; рельс 3; виброплатформу 4, на кото- рой установлены оптические блоки на базе микропроцессорных модулей 5а - 5в для измерения положения внутренних и внешних поверхностей колес оптически- ми лучами 6а - 6в; магнитную педаль 7; датчик прогиба рельса 8; сигнальные ши- ны 9а - 9д; внутреннюю общую шину 10; локальное вычислительное устройство 1 1 с шинами обмена данных 12 и 13; информационную шину 14 сети передачи данных железной дороги.

На фиг.2 приведена структурная схема оптического блока - автономного микропроцессорного модуля, соединенного с локальным вычислительным уст- ройством, содержащая дополнительно: автономный микропроцессорный модуль 15; оптический датчик модуля 16, содержит лазер 17, оптический приемник 18 (выполнен на основе оптического объектива, в фокусе которого установлен ли- нейный фотоприемник), блок управления оптическим датчиком модуля 19 и шину передачи данных 20; микропроцессорное устройство 21 , содержит микропроцес- сор 22, устройство ввода-вывода 23 и память 24.

На фиг.З приведен рисунок, поясняющий работу оптических блоков для из- мерения положения внешней поверхности колеса и буксы колесной пары, уста- новленных на автономных виброустойчивых платформах, и показывающий тра- екторию сканирования 25 рабочей поверхности колеса при его движении.

Лучший вариант осуществления изобретения

Комплекс работает следующим образом. Колеса 1 колесной пары подвижно- го состава при своем движении по рельсам 3 наезжают на магнитную педаль 8, которая срабатывает и запускает непосредственно процесс измерения. При этом срабатывают, как наружные оптические блоки 5а и 56, а так и внутренние - 5в. Колесо 1 , попадя в поле зрения блоков 5а (см фиг.1,3), контролируется на предмет схода букс 2. Измеряя расстояние до каждой буксы параллельно оси колесной па- ры и, зная при этом расстояние между двумя блоками 5а можно с точностью до долей миллиметра определять величину смещения каждой из букс 2. При помощи наружных блоков 56 и внутренних блоков 5 в определяют параметры рабочих по- верхностей колеса 25. Каждый из блоков 5а - 5в представляет собой оптический измеритель линейных расстояний (оптический дальномер), измеряющий текущее положение фокусного пятна на поверхности колеса 1. За счет движения колесной пары по рельсам 3 осуществляется процесс сканирования рабочей поверхности колеса 1 (см. фиг.З). Линия 25 отражает перемещение фокусного пятна оптическо- го блока 56 по рабочей поверхности колеса 1 , включая его гребень. Наличие дат- чика прогиба рельса 7, позволяет вводить поправочный коэффициент, повышаю- щий точность измерения текущих координат при вертикальном перемещении рельса 3. Все оптические блоки - микропроцессорные модули 5а - 5в, а также маг- нитная педаль 7 (формирует цифровой импульс начала отсчета) и датчик прогиба рельса 8 (формирует цифровой код, пропорциональный прогибу рельса) подклю- чены через шины 9а - 9д, внутреннюю общую шину 10 и шину 1 1 к локальному вычислительному устройству 1 1 , которое обрабатывает полученные данные и че- рез свою шину доступа к сети 13 отправляет «цифровой портрет» вагона по шине 14 в сеть передачи данных железной дороги в виде готовых файлов, понятных на любом из пунктов технического диагностического контроля и/или общем инфор- мационном центре железной дороги. Каждый такой файл включает все измеряе- мые значения и при этом дополнительно подчеркивает, какие из указанных зна- чений имеют отклонения от нормы. Таким образом, специалисту сразу видно, ка- кие из вагонов, а также какие колесные пары необходимо срочно ремонтировать, а какие могут еще подождать с ремонтом какое-то время.

Таким образом, заявляемый диагностический комплекс позволяет в реаль- ном времени контролировать параметры колесных пар вагонов подвижного со- става, определять нуждающихся в срочном или отложенном ремонте, отслежи- вать их постановку на ремонт, а затем контролировать и само качество проведен- ного ремонта. Все указанные действия можно осуществлять, имея доступ к ин- формационной сети железной дороги, например, находясь в информационном центре железной дороги или в любом другом пункте, подключенном к сети.

Техническая применимость

Опытный образец заявляемого диагностического комплекса был проверен в реальных условиях промышленных помех и показал свою эффективность по срав- нению с прототипом. Сбои в работе комплекса в течение месяца работы не пре- вышали 1 ,3 % по сравнению с 18% у прототипа.

Оптические микропроцессорные модули были собраны на основе позицион- ных приемников марки S3270 фирмы Hamamatsu Япония и обеспечивают погреш- ностью измерения координаты не более 0,2 мм в диапазоне 250 мм. В качестве микропроцессорной основы использовался микропроцессор марки XC3S400PQ фирмы XILINX, США, работающим на тактовой частоте 200 МГц.

В качестве магнитной педали использована педаль марки ПЭ-1, фирмы Сек- тор-Т, Россия. В качестве датчик прогиба рельса использован датчик марки AD22281 фир- мы Analog Device, США, снабженный преобразователем марки AD 7983 фирмы Analog Device, США.