Выбор и обоснование параметров автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи

В настоящее время железнодорожный транспорт составляет основу транспортной системы Российской Федерации и, в соответствии с федеральным законом «О Федеральном железнодорожном транспорте» Ш, вступившем в действие 25 августа 1995 г., служит цели своевременного и качественного обеспечения потребностей населения в перевозках и услугах, жизнедеятельности всех отраслей экономики и безопасности государства.

Эти целевые установки в равной мере относятся к железным дорогам промышленного транспорта, метрополитена и городского электротранспорта (трамвая).

Эффективность работы магистральных железных дорог, промышленного железнодорожного транспорта, метрополитенов и городского электротранспорта (трамвая)"наряду с показателями провозной способности определяется степенью обеспечения безопасности движения, в частности недопущением возникновения аварийных ситуаций в перевозочном процессе и снижением последствий возможных аварий.

Подвижной состав, в том числе специализированный, элементы верхнего строения пути, другие технические средства должны соответствовать государственным требованиям безопасности С2]. С целью повышения показателей безопасности верхнего строения пути большое внимание уделяется улучшению качественных характеристик способов и средств контроля его технического состояния, в том числе геометрических параметров рельсовой дорожной колеи.

На магистральных железных дорогах основным средством контроля геометрических параметров рельсовой колеи являются вагоны-путеиз-мерители системы ЦНИИ С3], на промышленном и городском транспорте в применяется малопроизводительный ручной измерительный инструмент.

Однако конструкции путей промышленного и городского транспорта и условия их эксплуатации имеют существенные отличия. Это и наличие кривых малых радиусов, большое количество стрелочных переводов и пересечений, наличие участков заглубленного типа, специфические режимы движения поездов, повышенные нагрузки от колесных пар и т. д. Вследствие этого происходят частые расстройства верхнего строения пути и возникает необходимость более частого контроля геометрических параметров колеи с целью обеспечения безопасности движения.

Поэтому в настоящее время является актуальным вопрос оснащения железных дорог промышленного и городского транспорта современными средствами диагностики, предназначенными для выявления на более ранней стадии появления неисправностей пути, представляющих угрозу безопасности движения, прогнозирования изменений состояния пути во времени, в том числе для контроля геометрических параметров рельсовой дорожной колеи.

Применение в качестве диагностических устройств для путей промышленного и городского транспорта путеизмерительных вагонов аналогичных по структуре системам ЦНИИ, оснащенных первичными механическими измерителями в виде роликов и лыж, не может обеспечить сплошного и непрерывного контроля всех элементов структурной цепи перегон — спецчасти — станционные пути, вследствие необходимости перевода первичных измерителей в транспортное положение при переходах между элементами пути.

Решению проблем повышения качества, созданию новых технологий и средств технического диагностирования рельсовой дорожной колеи уделяется большое внимание специалистов, в том числе ВНИИЖТ и ПГУПС. Исследованиям и разработке путеизмерительной техники посвящены работы К. С. Исаева, В. Ф. Яковлева, В. Н. Солофненко, А. Е. Алексеева, Ю. М. Щекоткова, В. Н. Зензинова, В. С. Рослонаса, В. В. Мишина и др.

Целью настоящей работы является выбор и обоснование параметров автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи промышленного и городского транспорта, позволяющих обеспечить непрерывность контроля ее геометрических параметров при повышении производительности и качества.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи исследования:

— проведен анализ существующих способов и средств контроля геометрических параметров рельсовой дорожной колеи магистральных железных дорог, промышленного транспорта, метрополитена, трамвая и определены пути их совершенствования;

— разработана и математически обоснована новая конструкция первичного механического измерителя ширины колеи и положения рельсовых нитей в плане взамен существующих роликов и лыж;

— выбрана и обоснована технология автоматизированной регистрации, расшифровки и обработки измерительной информации с помощью бортовой ЭВМ;

— разработаны принципиальные схемы измерительного канала в целом и составляющих его устройств;

— разработано прикладное программное обеспечение для реализации непрерывного автоматизированного контроля геометрических параметров рельсовой колеи в соответствии со структурой измерительного канала;

— проведены теоретические исследования характеристик предлагаемых устройств измерительного канала и их экспериментальная проверка на лабораторных моделях;

— проведены исследования предложенных устройств на натурном макете — трамвайном путеизмерителе ПВ-З ГП Торэлектротранс" г. Санкт-Петербурга.

Методы исследований диссертационной работы включают теорию, лабораторные и натурные эксперименты, направленные на решение задач по выбору и обоснованию параметров устройств для автоматизированного контроля геометрических параметров рельсовой дорожной колеи.

Исследование осуществлено на основе применения современных методов механики, математики, теории автоматического регулирования, измерительной и вычислительной техники.

Научные положения. разработанные лично соискателем, и их новизна:

— способ измерения ширины рельсовой дорожной колеи, новизна которого заключается в применении в качестве первичных измерителей непосредственно ходовых тележек и рам вагонов и локомотивов;

— математическое обоснование способа;

— структурная схема электромеханического измерительного канала с использованием бортовой ЭВМ и его программное обеспечение.

Практическая ценность работы заключается в использовании нового способа измерения ширины рельсовой дорожной колеи, его математического алгоритма, принципиальной схемы измерительного канала и его программного обеспечения для разработки и создания путеизмерительных устройств для железных дорог промышленного и городского транспорта.

Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов ПГУПС (1996,1997 гг.), заседаниях кафедры «Строительные и дорожные машины и оборудование» ПГУПС (1995 — 1997 гг.), на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Новые технологии и техника в строительстве и реконструкции зданий и сооружений в современных экономических условиях (12−14 ноября 1996 г., г, Санкт-Петербург). На предлагаемый способ определения ширины рельсовой дорожной колеи, его математическое обоснование и структурную схему измерительного канала автором подана заявка на изобретение и получено положительное решение на выдачу патента (см. Приложение 2).

На основе результатов исследования разработан и изготовлен трамайный путеизмеритель третьего поколения ПВ-3 с автоматизированным съемом и обработкой информации, который настоящее время эксплуатируется ГП Торэлектротранс" г. Санкт-Петербурга.

3.4. Выводы и предложения.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования параметров устройств измерительного канала для контроля радиуса кривизны оси пути и отклонений ширины колеи от нормируемых значений показали следующее:

1. Совокупность предлагаемых устройств"составляющих измерительный канал, позволяет производить съемку и обработку геометрических параметров диагностируемого пути с установленной нормативными документами точностью при частоте дискретного съема информации до 180 Гц.

2. Принципиальные схемы устройств измерительного канала и его структурная схема могут использоваться при создании автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи путей промышленного и городского транспорта.

Глава 4. Реализация результатов исследований и их внедрение.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований, проведенных автором в настоящей работе, использованы при разработке, изготовлении, наладке и пуске в постоянную эксплуатацию трамвайного вагона-путеизмерителя ПВ-З для службы пути ГП Торэлектротранс" г. Санкт-Петербурга.

4.1. Техническая характеристика и конструктивные особенности вагона-путеизмерителя ПВ-З.

Вагон-путеизмеритель ПВ-З изготовлен на базе серийного шар-нирно-сочлененного трехтележечного трамвайного вагона марки ЛВС-86 Техническая характеристика ПВ-З приведена в таблице 4.1.

Заключение

.

В диссертационной работе содержится новое решение актуальной научной задачи выбора и обоснования параметров автоматизированного диагностического устройства рельсовой дорожной колеи путей промышленного и городского транспорта. Решение данной задачи позволяет проводить непрерывный автоматизированный контроль геометрических параметров рельсовой колеи на всех ее участках, включая спецчасти, при повышении производительности и качества с учетом существующих норм и правил. Оно имеет существенное значение в области создания машин и устройств для контроля за состоянием верхнего строения пути.

В результате проведенных теоретических, экспериментальных и натурных исследований сделаны следующие выводы:

1. Установлено, что для обеспечения непрерывности контроля геометрических параметров рельсовой дорожной колеи в качестве первичных измерителей на вагонах-путеизмерителях могут быть использованы непосредственно элементы подвижного состава — ходовые тележки и рамы вагонов.

2. Определение геометрических параметров рельсовой дорожной колеи на любых ее участках возможно производить путем постоянных измерений и преобразований взаимных перемещений ходовых тележек и рам вагона, при этом ходовые тележки принудительно устанавливаются в колее в положение максимального перекоса механизмом дополнительной пригрузки.

3. Разработанный математический алгоритм измерений формализован для его применения на ЭВМ и предусматривает определение отклонений ширины колеи от нормируемых значений, радиусов кривизны оси пути и стрелок хорд в горизонтальной плоскости на базе вагона.

4. Применение методики расчета параметров механизма дополнительной пригрузки позволяет обеспечить непрерывный, стабильный и безопасный контакт ходовых колес с поверхностями катания контролируемых рельсов.

5. Предложены аппаратная часть измерительного канала и его программное обеспечение, позволящие производить непрерывный автоматизированный съем информации о геометрических параметрах рельсовой дорожной колеи с частотой до 180 Гц, ее расшифровку и обработку в соответствии с нормативной документацией.

6. Теоретические положения, конструктивные разработки и программное обеспечение апробированы в лабораторных и натурных условиях.

7. Предложенные способ определения геометрических параметров рельсовой дорожной колеи, методика определения параметров пригру-зочного устройства, аппаратная часть измерительного канала и его программное обеспечение могут быть применены при создании путеизмерительных устройств путей промышленного и городского транспорта.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в четырех работах, автором подана заявка на изобретение и получено положительное решение на выдачу патента (см. Приложение 2).

Результаты теоретических"экспериментальных и натурных исследований, проведенных автором в настоящей работе, использованы при разработке, изготовлении, наладке и пуске в постоянную эксплуатацию в 1996 г. трамвайного вагона-путеизмерителя ПВ-3 для службы пути ГП «Горэлектротранс» г. Санкт-Петербурга (см. Справку о внедрении).

Годовой эффект от внедрения внедрения и эксплуатации вагона-путеизмерителя ПВ-3 на трамвайный путях г. Санкт-Петербурга составляет 220 тыс. руб., а чистый дисконтированный доход за срок эксплуатации 5 лет составит 338 тыс. руб при сроке окупаемости инвестиций, вложенных ГП «Горэлектротранс» в разработку и изготовление ПВ-3,равном 2 годам 9 месяцам.